CAXA制造工程师教案.docx
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CAXA制造工程师教案
第1章CAXA制造工程师教案
第一讲数控加工技术概述
一、教学目的及要求：
了解数控加工的特点，数控加工的必要条件及流程。
二、教学重点
数控加工的步骤
三、教学难点
数控加工的流程及必要条件
四、教学方法
大量资料介绍，结合多媒体
五、教学内容
1.1.1数控加工的特点
数控加工，也称之为NC（Numerical Contorl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。
数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。
数控加工的最大特征有二点：
一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。
也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。
一、数控加工具有如下优点：
1、提高生产效率；
2、不需熟练的机床操作人员；
3、提高加工精度并且保持加工质量；
4、可以减少工装卡具；
5、可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，用数控加工可以一次装卡完成，缩短加工周期，提高生产效率。
6、容易进行加工过程管理；
7、可以减少检查工作量；
8、可以降低废、次品率；
9、便于设计变更，加工设定柔性；
10、容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；
11、操作容易，极大减轻体力劳动强度
1.1.2数控加工
数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。
被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后置处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。
其过程如下图所示：
【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】
1、零件数据准备：
系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。
2、确定粗加工、半精加工和精加工方案。
3、生成各加工步骤的刀具轨迹。
4、刀具轨迹仿真。
5、后置输出加工代码。
6、输出数控加工工艺技术文件。
7、传给机床实现加工。
五、课后小结
第二讲自动编程基础知识
一、教学目的及要求：
了解自动编程的概念、分类、应用
二、教学重点
数控编程的主要手段，自动编程的方法
三、教学难点
自动编程的实现方法
四、教学方法
大量资料介绍，结合多媒体给学生介绍
五、教学内容
1.2.1自动编程的概念
自动编程的特点是编程工作主要由计算机完成。
在自动编程方式下，编程人员只需采用某种方式输入工件的几何信息以及工艺信息，计算机就可以自动完成数据处理、编写零件加工程序、制作程序信息载体以及程序检验的工作而无须人的参与。
在目前的技术水平下，分析零件图纸以及工艺处理仍然需要人工来完成，但随着技术的进步，将来的数控自动编程系统将从只能处理几何参数发展到能够处理工艺参数。
即按加工的材料、零件几何尺寸、公差等原始条件，自动选择刀具、决定工序和切削用量等数控加工中的全部信息。
1.2.2自动编程的分类
自动编程技术发展迅速，至今已形成的种类繁多。
这里仅介绍三种常见的分类方法。
一、使用的计算机硬件种类划分，可分为：
微机自动编程，小型计算机自动编程，大型计算机自动编程，工作站自动编程，依靠机床本身的数控系统进行自动编程
二、按程序编制系统（编程机）与数控系统紧密程度划分
1、离线自动编程
2、在线自动编程
编程信息的输入方式划分
1、语言自动编程：
2、图形自动编程：
3、其它输入方式的自动编程：
1.2.3自动编程的发展
数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。
数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。
现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。
数控编程可分为机内编程和机外编程。
机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。
机内编程的方式随机床的不同而异，可以“手工”方式逐行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。
但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。
机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。
机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。
随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断样强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。
在20世纪50年代中期，MIT伺服机构实验室实现了自动编程，并公布了其研究成果，即APT系统。
60年代初，APT系统得到发展，可以解决三维物体的连续加工编程，以后经过不断的发展，具有了雕塑曲面的编程功能。
APT系统所用的基本概念和基本思想，对于自动编程技术的发展具有深远的意义，即使目前，大多数自动编程系统也在沿用其中的一些模式。
如编程中的三个控制面：
零件面（PS）、导动面（DS）、检查面（CS）的概念：
刀具与检查面的ON、TO、PAST关系等等。
随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。
与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。
虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。
五、课后小结
第三讲CAD/CAM系统简介
一、教学目的及要求：
基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤
二、教学重点
自动编程各个步骤的实现方法
三、教学难点
自动编程的建模及轨迹生成、后处理等、
四、教学方法
教师讲解、结合实例
五、教学内容
1.3.1基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤
目前，基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤如图1-1所示：
一、加工零件及其工艺分析
加工零件及其工艺分析的主要任务有：
①零件几何尺寸、公差及精度要求的核准；②确定加工方法、工夹量具及刀具；③确定编程原点及编程坐标系；④确定走刀路线及工艺参数。
二、加工部位建模
三、工艺参数的输入
在本步骤中，将利用编程系统的相关菜单与对话框等，将第一步分析的一些与工艺有关的参数输入到系统中。
所需输入的工艺参数有：
刀具类型、尺寸与材料；切削用量（主轴转速、进给速度、切削深度及加工余量）；毛胚信息（尺寸、材料等）；其它信息（安全平面、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、进退刀方式、走刀方式、冷却方式等）。
四、刀具轨迹生成及编辑
五、刀位轨迹的验证与仿真
六、后置处理
七、程序输出
1.3.2基于CAD/CAM的数控自动编程系统关键技术概述
一、零件建模（造型）
零件建模是属于CAD范畴的一个概念。
它大致研究三方面的内容：
①零件模型如何输入计算机；②零件模型在计算机内部的表示方法（存储方法）③如何在计算机屏幕上显示零件。
二、刀具轨迹生成与编辑
刀具轨迹的生成一般包括走刀轨迹的安排、刀位点的计算、刀位点的优化与编排等三个步骤.
1、二维轮廓加工 对于二维轮廓加工，一般需要先在计算机中绘制出轮廓线，然后选择有序化串联方式将各轮廓线首尾相连，再定义进退刀方式及各基本参数（如粗精加工次数、步进距离等，系统即可以完成二维轮廓走刀轨迹的生成。
2、腔槽加工 腔槽加工走刀轨迹的生成一般分粗加工与精加工两种。
3、曲面的加工 曲面的加工相对较为复杂，目前常用的刀具轨迹生成方法有参数线法、截面法、投影法等三种方法。
4、刀具轨迹的编辑
5、刀位轨迹的验证
五、课后小结
第四讲CAXA制造工程师软件介绍
一、教学目的及要求：
了解CAXA制造工程师的自动编程的步骤，主要功能的实现
二、教学重点
CAXA制造工程师的自动编程的步骤
三、教学难点
熟悉并能顺利使用CAXA制造工程师的界面及命令
四、教学方法
教师介绍结合实例并让学生练习
五、教学内容
1.CAXA制造工程师简介
2利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤
CAM系统的编程基本步骤如下：
理解二维图纸或其它的模型数据
建立加工模型或通过数据接口读入
确定加工工艺（装卡、刀具等）
生成刀具轨迹
加工仿真
产生后置代码
输出加工代码
现在分别予以说明。
1．加工工艺的确定
加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：
核准加工零件的尺寸、公差和精度要求
确定装卡位置
选择刀具
确定加工路线
选定工艺参数
2．加工模型建立
3．刀具轨迹生成
4．后置代码生成
5．加工代码输出
3．CAXA制造工程师软件界面介绍
一、文件的读入
二、零件的显示
五、课后小结
第五讲曲线的绘制
一、教学目的及要求：
曲线的种类及绘制方法
二、教学重点
直线、圆弧、圆、矩形、椭圆、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、等绘制方法
三、教学难点
二次曲线、等距线、曲线投影、相关线、样条->圆弧和文字等绘制方法
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
CAXA制造工程师为曲线绘制提供了十六项功能：
直线、圆弧、圆、矩形、椭圆、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、等距线、曲线投影、相关线、样条->圆弧和文字等。
用户可以利用这些功能，方便快捷地绘制出各种各样复杂的图形。
利用CAXA制造工程师编程加工时，主要应用曲线中的直线、矩形工具绘制零件的加工范围。
直线中的两点线就是在屏幕上按给定两点画一条直线段或按给定的连续条件画连续的直线段。
（1）单击直线
按钮，在立即菜单中选择两点线。
（2）按状态栏提示，给出第一点和第二点，两点线生成。
两点矩形就是给定对角线上两点绘制矩形。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择两点矩形方式。
（2）给出起点和终点，矩形生成。
中心_长_宽就是给定长度和宽度尺寸值来绘制矩形。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择中心_长_宽方式，输入长度和宽度值。
（2）给出矩形中心（0,0），矩形生成。
五、课后小结
第六讲曲线的编辑
一、教学目的及要求：
曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合和曲线拉伸五种功能的使用。
二、教学重点
曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合和曲线拉伸
三、教学难点
曲线组合和曲线拉伸
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
曲线编辑包括曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合和曲线拉伸五种功能。
曲线编辑安排在主菜单的下拉菜单和线面编辑工具条中。
曲线裁剪中的快速裁剪是指系统对曲线修剪具有指哪裁哪快速反映。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择快速裁剪和正常裁剪（或投影裁剪）。
（2）拾取被裁剪线（选取被裁掉的段），快速裁剪完成。
曲线过渡就是对指定的两条曲线进行圆弧过渡、尖角过渡或对两条直线倒角。
曲线过渡共有三种方式：
圆弧过渡、尖角过渡和倒角过渡。
圆弧过渡：
用于在两根曲线之间进行给定半径的圆弧光滑过渡。
如图2-6
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择“圆弧过渡”，输入半径，选择是否裁剪曲线1和曲线2。
（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，圆弧过渡完成。
用于在给定的两根曲线之间进行过渡，过渡后在两曲线的交点处呈尖角。
尖角过渡后,一根曲线被另一根曲线裁剪。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择“尖角裁剪”。
（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。
倒角过渡
倒角过渡用于在给定的两直线之间进行过渡,过渡后在两直线之间有一条按给定角度和长度的直线。
倒角过渡后,两直线可以被倒角线裁剪，也可以不被裁剪，如图2-8。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选择“倒角裁剪”，输入角度和距离值，选择是否裁剪曲线1和曲线2。
（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。
五、课后小结
第七讲几何变换
一、教学目的及要求：
学会几何变换的几种方法
二、教学重点
平移、旋转、拷贝、镜像、阵列等
三、教学难点
不同命令的编辑方法
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
几何变换对于编辑图形和曲面有着极为重要的作用，可以极大地方便用户。
几何变换是指对线、面进行变换，对造型实体无效，而且几何变换前后线、面的颜色、图层等属性不发生变换。
几何变换共有七种功能：
平移、平面旋转、旋转、平面镜像、镜像、阵列和缩放。
平移就是对拾取到的曲线或曲面进行平移或拷贝。
平移有两种方式：
两点或偏移量。
偏移量方式就是给出在XYZ三轴上的偏移量，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。
（1）直接单击
按钮，在立即菜单中选取偏移量方式，拷贝或平移。
（2）状态栏中提示“拾取元素”，选择曲线或曲面，按右键确认1。
两点方式就是给定平移元素的基点和目标点，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。
（1）单击
按钮，在立即菜单中选取两点方式，拷贝或平移，正交或非正交。
（2）拾取曲线或曲面，按右键确认，输入基点，光标就可以拖动图形了，输入目标点，平移完成。
五、课后小结
第八讲曲面的生成及编辑
一、教学目的及要求：
生成曲面的主要方法及编辑方法
二、教学重点
直纹面、旋转面、扫描面、边界面、放样面、网格面、导动面、等距面、平面和实体表面。
三、教学难点
曲面裁剪的各种方法
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
CAXA制造工程师有丰富的曲面造型手段，共有10种生成方式：
直纹面、旋转面、扫描面、边界面、放样面、网格面、导动面、等距面、平面和实体表面。
一、曲面生成
1直纹面（如下图2-14）：
有3种形式的直纹面
曲线+曲线
曲线+曲面
点+曲线
直纹面是由一根直线两端点分别在两曲线上匀速运动而形成的轨迹曲面。
直纹面生成有三种方式：
曲线+曲线、点+曲线和曲线+曲面。
（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“直纹面”，或者单击
按钮。
（2）在立即菜单中选择直纹面生成方式。
（3）按状态栏的提示操作，生成直纹面。
曲线+曲线
曲线+曲线是指在两条自由曲线之间生成直纹面。
（1）选择“曲线＋曲线”方式。
（2）拾取第一条空间曲线。
（3）拾取第二条空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。
点+曲线
点+曲线是指在一个点和一条曲线之间生成直纹面。
（1）选择“点＋曲线”方式。
（3）拾取空间点。
（4）拾取空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。
曲线+曲面
曲线+曲面是指在一条曲线和一个曲面之间生成直纹面。
曲线+曲面方式生成直纹面时，曲线沿着一个方向向曲面投影，同时曲线与这个方向垂直的平面内上以一定的锥度扩张或收缩，生成另外一条曲线，在这两条曲线之间生成直纹面。
（1）选择“曲线＋曲面”方式。
（2）填写角度和精度。
（3）拾取曲面。
（4）拾取空间曲线。
（5）输入投影方向。
单击空格键弹出矢量工具，选择投影方向。
（6）选择锥度方向。
单击箭头方向即可。
（7）生成直纹面。
旋转面
按给定的起始角度、终止角度将曲线绕一旋转轴旋转而生成的轨迹曲面。
（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“旋转面”，或者单击
按钮。
（2）输入起始角和终止角角度值。
（3）拾取空间直线为旋转轴，并选择方向。
（4）拾取空间曲线为母线，拾取完毕即可生成旋转面。
起始角：
是指生成曲面的起始位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。
终止角：
是指生成曲面的终止位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。
扫描面
按照给定的起始位置和扫描距离将曲线沿指定方向以一定的锥度扫描生成曲面。
（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“扫描面”，或者单击
按钮。
（2）填入起始距离、扫描距离、扫描角度和精度等参数。
（3）按空格键弹出矢量工具，选择扫描方向。
（4）拾取空间曲线。
（5）若扫描角度不为零，选择扫描夹角方向，扫描面生成。
起始距离：
是指生成曲面的起始位置与曲线平面沿扫描方向上的间距；
扫描距离：
是指生成曲面的起始位置与终止位置沿扫描方向上的间距；
扫描角度：
是指生成的曲面母线与扫描方向的夹角；
管道曲面
给定起始半径和终止半径的圆形截面沿指定的中心线扫动生成曲面。
（1）截面线为一整圆，截面线在导动过程中，其圆心总是位于导动线上，且圆所在平面总是与导动线垂直。
（2）圆形截面可以是两个，由起始半径和终止半径分别决定，生成变半径的管面。
等距面
按给定距离与等距方向生成与已知平面（曲面）等距的平面（曲面）。
这个命令类似曲线中的“等距线”命令，不同的是“线”改成了“面”。
（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“等距面”，或者单击
按钮。
（2）填入等距距离。
（3）拾取平面，选择等距方向。
（4）生成等距面。
等距距离：
是指生成平面在所选的方向上的离开已知平面的距离。
注意：
如果曲面的曲率变化太大，等距的距离应当小于最小曲率半径。
平面
利用多种方式生成所需平面。
平面与基准面的比较：
基准面是在绘制草图时的参考面，而平面则是一个实际存在的面。
（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“平面”，或者单击
按钮。
（2）选择裁剪平面或者工具平面。
（3）按状态栏提示完成操作。
裁剪平面
由封闭内轮廓进行裁剪形成的有一个或者多个边界的平面。
封闭内轮廓可以有多个。
三点平面：
按给定三点生成一指定长度和宽度的平面，其中第一点为平面中点。
矢量平面：
生成一个指定长度和宽度的平面，其法线的端点为给定的起点和终点。
曲线平面：
在给定曲线的指定点上，生成一个指定长度和宽度的法平面或切平面。
有法平面和包络面两种方式。
网格面
以网格曲线为骨架，蒙上自由曲面生成的曲面称之为网格曲面。
网格曲线是由特征线组成横竖相交线。
（1）网格面的生成思路：
首先构造曲面的特征网格线确定曲面的初始骨架形状。
然后用自由曲面插值特征网格线生成曲面。
（2）特征网格线可以是曲面边界线或曲面截面线等等。
由于一组截面线只能反应一个方向的变化趋势，还可以引入另一组截面线来限定另一个方向的变化，这形成一个网格骨架，控制住两方向（U和V两个方向）的变化趋势如图2-37，使特征网格线基本上反映出设计者想要的曲面形状，在此基础上插值网格骨架生成的曲面必然将满足设计者的要求。
曲面编辑
曲面编辑主要讲述有关曲面的常用编辑命令及操作方法，它是CAXA制造工程师的重要功能。
曲面编辑包括曲面裁剪、曲面过渡、曲面缝合、曲面拼接和曲面延伸五种功能。
曲面裁剪
曲面裁剪对生成的曲面进行修剪，去掉不需要的部分。
在曲面裁剪功能中，用户可以选用各种元素，包括各种曲线和曲面来修理和剪裁曲面，获得用户所需要的曲面形态。
也可以将被裁剪了的曲面恢复到原来的样子。
曲面裁剪有五种方式：
投影线裁剪、等参数线裁剪、线裁剪、面裁剪和裁剪恢复。
五、课后小结
第九讲五角星的框架绘制实例
一、教学目的及要求：
学会五角星框架的绘制
二、教学重点
多边形命令的使用、坐标绘制线的方法的使用
三、教学难点
用坐标绘制图形
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
2.5.1五角星曲线生成
1．圆的绘制。
2．五边形的绘制。
3．构造五角星的轮廓线。
4．构造五角星的空间线架。
2.5.2 五角星曲面生成
1．通过直纹面生成曲面。
2．生成其他各个角的曲面。
3．生成五角星的加工轮廓平面。
五、课后小结
第十讲鼠标的曲面线架绘制实例
一、教学目的及要求：
学会绘制鼠标的曲面造型，掌握绘制时的各种方法
二、教学重点
绘制鼠标是各种方法的使用
三、教学难点
旋转面及用面进行裁剪的操作
四、教学方法
教师讲解结合学生练习
五、教学内容
2.6.1鼠标造型
造型思路：
鼠标的造型特点主要是外围轮廓都存在一定的角度，因此在造型时首先想到的是实体的拔模斜度，如果使用扫描面生成鼠标外轮廓曲面时，就应该加入曲面扫描角度。
在生成鼠标上表面时，我们可以使用两种方法：
一如果用实体构造鼠标，我们应该利用曲面裁剪实体的方法来完成造型，也就是利用样条线生成的曲面，对实体进行裁剪；二如果使用曲面构造鼠标，我们就利用样条线生成的曲面对鼠标的轮廓进行曲面裁剪完成鼠标上曲面的造型。
鼠标样条线坐标点：
（-60，0，15），（-40，0，25），（0，0，30），（20，0，25），（40，9，15）
一、生成扫描面
1．按F5键，将绘图平面切换到在平面XOY上。
2．单击矩形功能图标“
”，在无模式菜单中选择“两点矩形”方式，输入第一点坐标（-60，30，0），第二点坐标（40，-30，0），矩形绘制完成。
3．单击圆弧功能图标“
”，按空格键，选择切点方式，作一圆弧，与长方形右侧三条边相切。
4．单击删除功能图标“
”，拾取右侧的竖边，右键确定，删除完成。
5．单击裁剪功能图标“
”，拾取圆弧外的的直线段，裁剪完成。
6．单击曲线组合按钮
，在立即菜中选择“删除原曲线”方式。
状态栏提示“拾取曲线”，按空格键，弹出拾取快捷菜单，单击“单个拾取”方式，单击曲线2，曲线3，曲线4，按右键确认。
7．按F8，将图形旋转为轴侧图。
8．单击扫描面按钮
，在立即菜单中输入起始距离0，扫描距离40，扫描角度2。
9．按状态栏提示拾取曲线，依次单击曲线1和组合后的曲线，生成两个曲面。
二、曲面裁剪
1．单击曲面裁剪按钮
，在立即菜单中选择“面裁剪”、“裁剪”和“相互裁剪”。
按状态栏提示拾取被裁剪的曲面2，和剪刀面曲面1，两曲面裁剪完成。
2.点击样条功能图标“
”，按回车键，依次输入坐标点（-60，0，15），（-40，0，25），（0，0，30），（20，0，25），（40，9，15），右键确认，样条生成，结果如图。
3．点击扫描面功能图标“
”，在立即菜单中，输入起始距离值-40，扫描距离值80，扫描角度0，系统提示“输入扫描方向：
”，按空格键弹出方向工具菜单，选择其中的“Y轴正方向”，拾取样条线，扫描面生成。
4．单击曲面裁剪按钮
，在立即
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