济源职业技术学院
毕 业 设 计 题系专班姓学
指导教日
目 五角星的数控加工
别 机电系 业 数控技术 级 数控0804 名 王 灿 号 08230406 师 张学明 期 2010年9月
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目录
摘要…………………………………………………………………………………………1 1 CAD/CAM技术的概述……………………………………………………………………2 1.1 CAD/CAM的概念…………………………………………………………………2 1.2 CAD/CAM的发展史……………………………………………………………………4 1.3 CAD/CAM技术的发展趋势……………………………………………………………5 1.4常用CAD/CAM软件的简介……………………………………………………………5 2 CAXA制造工程师的特点与作用…………………………………………………………8 2.1概述……………………………………………………………………………………8 2.2 CAXA制造工程师的主要功能和特点…………………………………………………8 3 CAXA制造工程师的应用…………………………………………………………………11 3.1 曲线生成………………………………………………………………………………11 3.2曲线的编辑……………………………………………………………………………12 3.3 曲面生成………………………………………………………………………………12 3.4 曲面编辑………………………………………………………………………………13 3.5实体生成………………………………………………………………………………14 4 五角星三维造型与数控加工……………………………………………………………16 4.1 五角星的三维造型……………………………………………………………………16 4.2 五角星的数控加工……………………………………………………………………21 总结…………………………………………………………………………………………31 参考文献……………………………………………………………………………………32
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摘 要
随着科学技术和工业生产的飞速发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量水平、市场竞争力和经济效益的重要环节。因此，采用数控加工就成了最好的选择，因为它加工效率高、质量好、加工精度高。数控技术是与机床的自动控制密切结合而发展起来的，如今数控技术已广泛应用于化工生产、石油精炼、造纸、钢铁生产等工艺流程控制及其他各个方面。近代大工业生产中，机械加工工艺过程的自动化是提高产品质量和生产率的重要措施。数控机床的诞生，较好解决了精密复杂多品种单件或小批量机械零件加工自动化的问题
本设计主要介绍数控加工技术概述、数控加工的切削基础、数控加工工艺设计及数控加工工艺文件、数控加工的工具系统、数控加工夹具、复杂形状零件的数控加工工艺、数控车削和加工中心的加工工艺。
关键词：编程，工艺分析，数控加工
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1 CAD/CAM技术的概述
随着计算机硬、软件技术和其它科学技术的进步与发展，CAD／CAM技术日趋完善，它的应用范围也不断扩大。今天的CAD／CAM已广泛应用于数值计算、工程绘图、工程信息管理、生产控制等设计生产的全过程中。它的应用行业已遍及电子、机械、造船、航空、汽车、建筑、纺织、轻工及工程建设等。由于CAD／CAM技术对传统产业的改造，新兴产业的发展，劳动生产率的提高，市场竞争能力的增强产生巨大的影响，因此CAD／CAM技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一，在一定程度上能反映出一个国家的综合实力。
CAD／CAM真正得到蓬勃发展的是80年代以后。小型机及微机性能价格比的进一步提高。为CAD／CAM技术迅猛发展提供了必要的物质基础。计算机外围设备如彩色高分辨图形显示器、大型数字化仪、自动绘图机等系列产品质量的不断完善，价格不断下降，使之成为CAD／CAM的一般配置，为推动CAD／CAM的发展和普及提供了必要条件。另外，计算机软件技术不断发展，新的功能更强的数据库不断推出，使成熟的商品化软件层出不穷。这些都有力地促进了CAD／CAM技术的向前发展。产品市场竞争，迫使企业改变传统的设计方式和利用先进的制造技术即利用CAD／CAM技术，这样CAD／CAM需求量激增，激发了一大批科技精英从事CAD／CAM技术的开发研究，大大地加速了CAD／CAM技术向前发展。
1.1 CAD/CAM的概念
机械CAD/CAM技术是将CAD,CAE,CAPP,CAM等各种功能通过软件有机结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享与处理，以保证系统内信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。
1.CAD就是计算机辅助设计(CAD即Computer Aided Design)。1972年10月，国际信息处理联合会(IFIP)在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。即CAD是指工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。
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CAD的功能可归纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。 人机交互接口是设计、开发、应用和维护CAD系统的界面，已经历了从字符用户接口、图形用户接口、多媒体用户接口到网络用户接口的发展过程。图形系统是CAD系统的基础。它主要包括几何(特征)造型、自动绘图(二维工程图、三维实体图等)、动态仿真等，其中几何(特征)造型主要有三维线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型等。科学计算是CAD系统的主体。它主要包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等。工程数据库是CAD系统的核心。它主要是对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、图像、文档等进行存储和管理。随着CAD技术的发展和人们需求的不断提高，人工智能和专家系统技术也逐渐融入到CAD系统中，这样就形成了智能CAD(AICAD)。智能CAD的使用可大大提高设计的自动化水平，特别是可对产品进行总体方案设计，实现对产品设计全过程的支持。基于CAD技术的产品设计流程如图1：
图1 基于CAD技术的产品设计流程
只有一台计算机的CAD系统，称为单机CAD系统；基于多台计算机通过网络互相连接的CAD系统，称为网络CAD系统。网络CAD可以充分利用信息资源，发挥更大的效能。 2. CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。在制造的各个环节，人们反复地使用系
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统的一次性输入信息及其处理后的二次信息，从而使计算机辅助渗透到制造的全过程，这就是CAM。
CAD是为了解决CAM的数控机床的加工指令才出现的，即CAD是由CAM引发的；CAM中所需的信息和数据大都由CAD提供，CAM离不开CAD的支持；许多信息和数据又为CAD和CAM所共享。CAD和CAM是制造业用得最普遍的信息化技术，它引发了各个行业设计领域中的一场。计算机的辅助使得工程设计师们从繁重的脑力劳动中开始解脱，它使技术人员能有更多的精力从事创造性的活动。
3. CAE(Computer Aided Engineering,计算机辅助工程分析)，是以计算机力学为辅助工具，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现产品优化的主要支持模块。主要包括：有限元分析FEA、机构运动分析、流场分析等。
4.CAPP(Computer Aided Process Planning, 计算机辅助工艺设计)，是根据产品的工程信息，利用计算机辅助确定产品加工方法和工艺过程。主要包括：毛胚设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计、刀夹具设计等。
1.2 CAD/CAM的发展史
1.CAD/CAM技术的形成
自1946年第一台电子计算机在美国诞生以来，人们就不断的将计算机技术引入机械设计¸制造领域。早在50年代，首次研制成功数控机床，通过不同的数控程序就可以实现对不同零件的加工。随后，麻省理工学院的伺服机构实验室成功用计算机制作数控纸带，实现了NC编程的自动化。 2. CAD/CAM技术的发展
60年代中期到70年代中期，是CAD/CAM技术趋于成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，以小型机¸超小型机为主机的CAD系统进入市场，针对某个特定问题的CAD成套系统蓬勃发展。
3. CAD/CAM技术的提高和集成
80年代是CAD/CAM技术迅速发展的时期，超大规模的集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅度下降，计算机的外围设备议程系列产品，为推进CAD/CAM技术向高水平发展提供了必要的条件。同时，相应的软件技术如数据库技术¸有限元分析，优化设计等技术也迅速提高，这些商品化软件的出现，促进CAD/CAM技术的推广和应用。在此期间还相应发展了
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一些与制造过程相关的计算机辅助技术，例如计算机辅助工艺规程设计（CAPP);计算机辅助工装设计；计算机辅助质量控制(CAQ)等。80年代来，人们在上述的计算机辅助技术的基础上，致力于计算机集成制造系统的研究，这是一种总体高效应，高柔性的智能化制造系统。90年代，CAD/CAM技术已不停搂在过去单一模式，单一功能，单一领域的水平，而向着标准化，集成化，智能化的方向发展。因此就需要在企业，集团内的CAD/CAM系统之间或各个子系统之间进行统一的数据交换,为此一些先进国家和国际标准化组织都在从事标准接口的开发工作。与此同时，面向对象技术，并行工程思想，分布式环境技术及人工智能技术的研究，都有利于CAD/CAM技术向高水平发展。 4.我国的CAD/CAM技术发展
我国的CAD/CAM技术的引进是从60年代开始的，最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械，电子，建筑，汽车，服装等行业逐步进入实用阶段。一方面，直接引进一些国际水平的商品化软件投入实际应用，例如I-DEAS,PRO-Engineer,CADAM,UG-II等，另一方面，很多研究单位自行开发CAD/CAM系统，有些已达到国际先进水平，进一步促进了CAD/CAM技术在我国的应用和发展.
1.3 CAD/CAM技术的发展趋势
1.CAD技术的发展趋势主要体现在标准化、开放性、 集成化、智能化、虚拟现实(VR)与CAD集成等。
2. CAM技术的发展趋势将体现在面向对象、面向工艺特征的结构体系等。
1.4常用CAD/CAM软件的简介
1. Mastercam的简介
Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。
Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。
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可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。 Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，使用Mastercam 实现DNC加工, DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。
Mastercam强项在3轴数控加工，简单易用，产生的NC程序简单高效。 2.Pro/E的简介
1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。
PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。
3.UG的简介
Unigraphics Solutions公司(简称UGS)是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、 航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发(VPD)的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。其主要的CAD产品是UG。
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UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。
除以上介绍的软件外，还有我国自主研发的CAXA，下面就详细的介绍CAXA制造工程师的应用。
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2 CAXA制造工程师的特点与作用
2.1概述
CAXA制造工程师是一个工程强大，易学易用的全中文三维复杂型面加工CAD，CAM软件。利用灵活，强大的实体曲面混合造型功能和丰富的数据接口，可以实现产平复杂的三维设计；通过加工工艺参数和机床后置处理的设定，选取需加工的部分，自动生成适用于任何数控系统的加工代码；通过直观的加工仿真和代码反读来检验加工和代码质量。CAXA制造工程师是为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成，检验一体化的全面解决方案。已广泛应用于塑模，锻模，汽车覆盖件拉伸模，压铸模等复杂模具的生产以及汽车，电子，兵器，航空航天等行业的精密零件加工。
2.2 CAXA制造工程师的主要功能和特点
1、灵活、多样的零件建模方法
CAXA制造工程师提供基于实体的特征造型、自由曲面造型以及实体与曲面混合造型功能，可实现任何复杂形状零件的造型设计。
（1） 方便的特征实体造型 CAXA制造工程师采用精确的特征实体造型技术，不仅可以通
过拉伸、旋转、导动、放样等轮廓造型手段生成三维实体特征，而且还提供了过渡、倒角、抽壳、拔模、打孔等特征处理手段，对生成的实体作局部修整。对存在相同的实体，提供了通过一次操作生成若干相同特征的线性阵列和环形阵列功能；在模具生成方面、型腔和分模三种造型手段；通过实体布尔运算功能，还将一个零件并入到当前零件中并与当前零件实现交、并、差运算，生成新的零件实体。 （2） 强大的NURBS自由曲面造型 CAXA制造工程师引入强大的NURBS曲面造型技术，极
大地解除了传统绘图方式对设计思路的束缚，直接进入三维设计空间。
从线框到曲面，CAXA制造工程师提供了丰富的建模手段，可以通过列表数据、
数学模型、字体文件以及各种测量数据生成样条曲线；通过直纹面、旋转面、扫描面、导动面、等距面、平面、放样面、边界面、网格面、及实体面等多种形式生成复杂曲面，并且提供了曲面裁剪、曲面过渡、曲面延伸、曲面拼接、曲面缝合等多种编辑方法。通过这些曲面生成方法及曲面编辑方法，可以生成复杂的曲面模型。
（3） 灵活的曲面实体复合造型 基于实体的“精确特征造型”技术，在三维造型过程中，将曲面融合到实体造型中来。痛过曲面加厚增（除）料、曲面裁剪等手段，在零
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件上生成具有曲面形状的特征，在原有实体基础上生成复杂的形状，实现任意复杂实体模型的生成。
2. 优质高效的数控加工
CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，提供2到5轴的数控加工功能（四轴和五轴加工模块需另外单独购买），直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作；支持先进使用的轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率；支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出格式正确的加工代码。
（1）
两轴到两轴半的数控加工功能 可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令，无需建立起三维模型；提供轮廓加工和区域加工功能，加工区域内允许有任意形状和数量的岛。可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度，自动进行分层加工。
（2）
三轴数控加工功能 多样化的三轴加工方式可以安排从粗加工、半精加工到精加工的加工工艺路线。系统提供等高线、直捣式、摆线式等7种粗加工方法和等高线、扫描线、3D等距、平坦区域、导动等8种精加工方法以及等高线、笔式清根、区域式等3种补偿加工方法。
（3）
支持高速加工 可设定斜向切入和螺旋切入等接近和切入方式，拐角处可设定圆角过渡、轮廓与轮廓之间可通过圆弧或S字形方式来过渡，形成光滑连接、生成光滑刀具轨迹、降低代码数量，有效地满足了高速加工对刀具路径形式的要求。
（4）
参数化轨迹编辑功能 提供加工参数修改功能，用户只需选中已有的加工轨迹，修改原定义的加工参数表，系统即可按照新的参数重新生成加工轨迹。
（5）
加工轨迹仿真与代码验证 可直观、精确的对加工过程进行模拟仿真、对代码进行反读校验。仿真过程中可以随意放大、缩小、旋转，便于观察细节；可以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果；仿真过程中可以检查刀柄干涉、快速移动过程（G00）中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况；可以将切削残余量用不同颜色区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较等。
（6）
最新技术的知识加工 可将某类零件的加工步骤、使用刀具、工艺参数等加工条件保存为规范化的模板，形成企业的标准工艺知识库；以后类似零件的加工即可通过调用‘知识加工”模板来进行，以保证同类零件加工的一致性
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和规范化，并随着企业各种加工工艺信息的数据积累，从而实现加工顺序的标准化。同时初学着可以借助积累的知识加工模板，实现快速入门和提高。 （7）
通用后置处理 CAXA制造工程师提供开放的后置配置系统，可以针对各种
控制系统所需要的后置格式，直接生成G代码文件。系统不仅提供常见的数控系统后置代码格式，还可以定义专用数控系统的后置处理格式，全面支持SIEMENS、FANUC等多种主流机床控制系统，系统还可以生成详细的加工工艺清单，方便G代码文件的应用和管理。 3、Windows界面操作
CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互操作，全中文界面，并全面支持英文、简体和繁体中文Windows系统。支持Windows的个性化定制功能。用户可以随意移动、组合菜单和工具条，定制快捷键，提供灵活、方便的鼠标右键操作和菜单的热键操作，强大的动态导航功能大大方便了造型设计上的操作。
4、三维与二维的无缝集成
利用制造工程师设计零件，可以自动生成二维视和周测图，对设计和识图都非
常方便。CAXA制造工程师与二维电子图板实现了无缝集成，可以自动创建零 件或装配体各个视向的二维正交视图、轴测图、任意给定视向的视图。也可以创建剖切视图和局部放大视图，从而极大地简化了绘图过程。另外，可以任意排列视图，并对视图进行修改、尺寸标注和工程标注等操作，最终生成复杂而完备的工程图样。
5、CAXA制造工程师是一个开放的设计\\加工工具，软件提供了丰富的数据接口
它们包括基于曲面的IGES和DXF标准图形接口，基于实体的X—T、X-B文件格式，面向快速成形设备的STL以及面向internet和虚拟现实的VRML等接口。这些接口保证了与世界流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域地与合作伙伴实现虚拟产品的开发和生产。
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3 CAXA制造工程师的应用
3.1 曲线生成
一、 直线 直线是构成图形的基本要素之一。直线功能提供了两点线、平行线、角
度线、切线/法线、角等分线和水平/铅垂线六种方式。
二、圆弧 圆弧是图形构成的基本要素，为了适应各种情况下圆弧的绘制。圆弧功能提供了六种方式：三点圆弧、圆心_起点_圆心角、圆心_半径_起终角、两点_半径、起点_终点_圆心角和起点_半径_起终角。
三、圆 圆是图形构成的基本要素，为了适应各种情况下圆的绘制。 圆功能提供了
圆心_半径、三点和两点_半径等三种方式。
四、矩形 矩形是图形构成的基本要素，为了适应各种情况下矩形的绘制，三维电子
图板零件设计提供了两点矩形和中心_长_宽等两种方式。
五、椭圆 用鼠标或键盘输入椭圆中心，然后按给定参数画一个任意方向的椭圆或
椭圆弧。
六、样条 生成过给定顶点（样条插值点）的样条曲线。点的输入可由鼠标输入 或
由键盘输入。
七、点 在屏幕指定位置处画一个孤立点，或在曲线上画等分点
(1) 单个点 包括工具点、曲线投影交点、曲面上投影点和曲线曲面交点等。 (2) 批量点 包括等分点、等距点和等角度点等。
八、公式曲线 公式曲线即是数学表达式的曲线图形，也就是根据数学公式（或参数
表达式） 绘制出相应的数学曲线，公式的给出既可以是直角坐标形式的、也可以是极坐标 形式的。公式曲线为用户提供一种更方便、更精确的作图手段，以适应某些精确型腔，轨迹线形的作图设计。用户只要交互输入数学公式，给定参数，计算机便会自动绘制出该公式描述的曲线。
九、多边形 在给定点处绘制一个给定半径、给定边数的正多边形。其定位方式由菜单及操作提示给出。
（1）边 根据输入边数绘制正多边形
（2）中心 以输入点为中心，绘制内切或外接多边形。 十、二次曲线 根据给定的方式绘制二次曲线。
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（1）定点 给定起点、终点和方向点，再给定肩点，生成二次曲线。 （2）比例 给定比例因子，起点、终点和方向点，生成二次曲线。
十一、等距线 绘制给定曲线的等距线，用鼠标单击带方向的箭头可以确定等距线位置。 （1）等距 按照给定的距离作曲线的等距线。
（2）变等距 按照给定的起始和终止距离，作沿给定方向变化距离的曲线的变等距线。 十二、曲线投影 投影线定义 指定一条曲线沿某一方向向一个作实体的基准平面投影，得到曲线在该基准平面上的投影线。利用这个功能可以充分利用已有的曲线来作草图平面里的草图线。这一功能不可与曲线投影到曲面相混淆。
十三、相关线 绘制曲面或实体的交线、边界线、参数线、法线、投影线和实体边界。
3.2曲线的编辑
曲线编辑主要是有关曲线的常用编辑命令及操作方法，它是交互式绘图软件不可缺少的基本功能，对于提高绘图速度及质量都具有至关重要的作用。
曲线编辑包括曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合、曲线拉伸、曲线优化、样条型值点、样条控制点和样条端点切矢等功能。
3.3 曲面生成
制造工程师提供了丰富的曲面造型手段，构造完决定曲面形状的关键线框后，就可以在线框基础上，选用各种曲面的生成和编辑方法，在线框上构造所需定义的曲面来描述零件的外表面。
根据曲面特征线的不同组合方式，可以组织不同的曲面生成方式。曲面生成方式共有十种：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。下面依次详细介绍：
一、直纹面 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。
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二、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。 三、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。
四、导动面 让特征截面线沿着特征轨迹线的某一方向扫动生成曲面。导动面生成有六种方式：平行导动、固接导动、导动线&平面、导动线&边界线、双导动线和管道曲面。 五、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”。
六、放样面 以一组互不相交、方向相同、形状相似的特征线(或截面线)为骨架进行形状控制，过这些曲线蒙面生成的曲面称之为放样曲面。有截面曲线和曲面边界两种类型。 七、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。
3.4 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，另外还有曲面优化和曲面重拟合功能。 一、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。 二、曲面过渡
在给定的曲面之间以一定的方式作给定半径或半径规律的圆弧过渡面，以实现曲面之间的光滑过渡。曲面过渡就是用截面是圆弧的曲面将两张曲面光滑连接起来，过渡面不一
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定过原曲面的边界。
曲面过渡共有七种方式：两面过渡、三面过渡、系列面过渡、曲线曲面过渡、参考线过渡、曲面上线过渡和两线过渡。
3.5实体生成
实体特征设计是零件设计模块的重要组成部分。CAXA制造工程师2006的零件设计采用精确的特征实体造型技术，它完全抛弃了传统的体素合并和交并差的繁琐方式，将设计信息用特征术语来描述，使整个设计过程直观、简单、准确。
通常的实体特征包括孔、槽、型腔、点、凸台、圆柱体、块、锥体、球体、管子等等，CAXA制造工程师2006的零件设计可以方便地建立和管理这些特征信息。在本章中我们将详细介绍各种实体造型的方法。
一、拉伸增料 将一个轮廓曲线根据指定的距离做拉伸操作，用以生成一个增加材料的特征。
二、拉伸除料 将一个轮廓曲线根据指定的距离做拉伸操作，用以生成一个减去材料的特征。
三、旋转增料 通过围绕一条空间直线旋转一个或多个封闭轮廓，增加生成一个特征。 四、旋转除料 通过围绕一条空间直线旋转一个或多个封闭轮廓，移除生成一个特征。 五、放样增料 根据多个截面线轮廓生成一个实体。截面线应为草图轮廓。 六、放样除料 根据多个截面线轮廓移出一个实体。截面线应为草图轮廓。
七、导动增料 将某一截面曲线或轮廓线沿着另外一条轨迹线运动生成一个特征实体。截面线应为封闭的草图轮廓，截面线的运动形成了导动曲面。
八、导动除料 将某一截面曲线或轮廓线沿着另外一外轨迹线运动移出一个特征实体。截面线应为封闭的草图轮廓，截面线的运动形成了导动曲面。
九、曲面加厚增料 对指定的曲面按照给定的厚度和方向进行生成实体。
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十、曲面加厚除料 对指定的曲面按照给定的厚度和方向进行移出的特征修改。 十一、曲面裁剪用生成的曲面对实体进行修剪，去掉不需要的部分。 十二、倒角 倒角是指对实体的棱边进行光滑过渡。 十三、孔 是指在平面上直接去除材料生成各种类型的孔。
十四、拔模 拔模是指保持中性面与拔模面的交轴不变（即以此交轴为旋转轴），对拔模面进行相应拔模角度的旋转操作。此功能用来对几何面的倾斜角进行修改。 十五、抽壳 根据指定壳体的厚度将实心物体抽成内空的薄壳体。 十六、筋板 在指定位置增加加强筋。
十七、线性阵列 通过线性阵列可以沿一个方向或多个方向快速进行特征的复制。 十八、环形阵列 绕某基准轴旋转将特征阵列为多个特征，构成环形阵列。基准轴应为空间直线。
十九、基准面 基准平面是草图和实体赖以生存的平面，它的作用是确定草图在哪个基准面上绘制，这就好象我们想用稿纸写文章，首先选择一页稿纸一样。基准面可以是特征树中已有的坐标平面，也可以是实体中生成的某个平面，还可以是通过某特征构造出的面。 二十、缩放 给定基准点对零件进行放大或缩小。 二十一、型腔 以零件为型腔生成包围此零件的模具。
二十二、实体布尔运算 将另一个实体并入，与当前零件实现交、并、差的运算。
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4 五角星三维造型与数控加工
4.1 五角星的三维造型
1．圆的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，进入空间曲线绘制状态，在特征树下方的立即菜单中选择作圆方式“圆心点_半径”，然后按照提示用鼠标点取坐标系原点，也可以按回车“Enter”键，在弹出的对话框内输入圆心点的坐标（0，0，0），半径R＝100并确认，然后单击鼠标右键结束该圆的绘制。
注意：在输入点坐标时，应该在英文输入法状态下输入也就是标点符号是半角输入，否则会导致错误。
2．五边形的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“中心”定位，边数5条回车确认，内接。按照系统提示点取中心点，内接半径为100（输入方法与圆的绘制相同）。然后单击鼠标右键结束该五边形的绘制。这样我们就得到了五角星的 角点。如图
3．构造五角星的轮廓线。通过上述操作我们得到了五角星的五个角点，使用曲线生成工具栏上的直线按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”（如图所示），将五角星的各个角点连接。如图所示。
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使用“删除”工具将多余的线段删除，单击按钮，用鼠标直接点取多余的线段，拾取的线段会变成红色，单击右键确认。如图所示
4．构造五角星的空间线架。在构造空间线架时，我们还需要五角星的一个顶点，因此需
要在五角星的高度方向上找到一点（0，0，20），以便通过两点
线实现五角星的空间线架构造。
使用曲线生成工具栏上的直线按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”，用鼠标点取五角星的一个角点，然后单击回车，输入顶点坐标（0，0，20），同理，作五角星各个角点与顶点的连线，完成五角星的空间线架。如图所示。
5．五角星曲面生成 （1）．通过直纹面生成曲面。选择五角星的一个角为例，用鼠标单击曲面工具栏中的直纹面按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“曲线＋曲线”的方式生成直纹面，然后用鼠标
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左键拾取该角相邻的两条直线完成曲面，如图所示。
（2）．生成其他各个角的曲面。在生成其他曲面时，我们可以利用直纹面逐个生成曲面，也可以使用阵列功能对已有一个角的曲面进行圆形阵列来实现五角星的曲面构成。单击几何变换工具栏中的 按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“圆形”阵列方式，分布形式“均布”，份数“5”，用鼠标左键拾取一个角上的两个曲面，单击鼠标右键确认，然后根据提示输入中心点坐标（0，0，0），也可以直接用鼠标拾取坐标原点，系统会自动生成各角的曲面。如图所示。
注意：在拾取相邻直线时，鼠标的拾取位置应该尽量保持一致（相对应的位置），这样才能保证得到正确的直纹面。
注意：在使用圆形阵列时，一定要注意阵列平面的选择，否则曲面会发生阵列错误。因此，在本例中使用阵列前最好按一下快捷键“F5”，用来确定阵列平面为XOY平面。 （3）．生成五角星的加工轮廓平面。先以原点为圆心点作圆，半径为110。如图所示。
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用鼠标单击曲面工具栏中的平面 工具按钮，并在在特征树下方的立即菜单中选择“裁剪平面” 。用鼠标拾取平面的外轮廓线，然后确定链搜索方向（用鼠标点取箭头），系统会提示拾取第一个内轮廓线（图1），用鼠标拾取五角星底边的一条线（图2），单击鼠标右键确定，完成加工轮廓平面。如图3所示。
6． 生成加工实体 （1）．生成基本体。选中特征树中的XOY平面，单击鼠标右键选择“创建草图”，如图。或者直接单击创建草图 按钮（按快捷键F2），进入草图绘制状态。
单击曲线生成工具栏上的曲线投影 按钮，用鼠标拾取已有的外轮廓圆，将圆投影到草图上，如图。
单击特征工具栏上的拉伸增料 按钮，在拉伸对话框中选择相应的选项，如图所示。单击确定完成。
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（2）．利用曲面裁剪除料生成实体。单击特征工具栏上的曲面裁剪除料 按钮，用鼠标拾
取已有的各个曲面，并且选择除料方向，如图所示，单击确定完成。
（3）．利用“隐藏”功能将曲面隐藏。单击并选择【编辑】―【隐藏】，用鼠标从右向左
框选实体（用鼠标单个拾取曲面），单击右键确认，实体上的曲
就被隐藏了。如图所示。
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4.2 五角星的数控加工
一、 粗加工参数设置
1．设置“粗加工参数”。单击【应用】－【轨迹生成】－【等高粗加工】，在弹出的“粗加工参数表”中设置“粗加工参数”，如图所示。
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2．设置粗加工“铣刀参数”。如下图所示
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3．按系统提示拾取加工轮廓。拾取设定加工范围的矩形后单击链搜索箭头；按系统提示“拾取加工曲面”，选中整个实体表面，系统将拾取到的所有曲面变红，然后按鼠标右键结束。
4．生成粗加工刀路轨迹。系统提示：“正在准备曲面请稍候”、“处理曲面”等，然后系统就会自动生成粗加工轨迹。结果如图所示。
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5．隐藏生成的粗加工轨迹。拾取轨迹，单击鼠标右键在弹出菜单中选择【隐藏】命令，隐藏生成的粗加工轨迹，以便于下步操作。
二、 精加工参数设置
1．设置“精加工参数”。单击【应用】－【轨迹生成】－【扫描线精加工】，在弹出的“精加工参数表”中设置“精加工参数”，如图所示。
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2．设置精加工“铣刀参数”。如下图所示
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3．按系统提示拾取整个零件表面为加工曲面，按右键确定。系统提示“拾取干 涉面”，如果零件不存在干涉面，按右键确定跳过。系统会继续提示“拾取轮廓”，用鼠标直接拾取零件外轮廓，单击右键确认，然后选择并确定链搜索方向。 4．生成精加工轨迹。如图所示。
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注意：精加工的加工余量=0。 5、 加工仿真、刀路检验与修改
（1） 按“可见”铵扭，显示所有已生成的粗/精加工轨迹。（2）单击【应用】－【轨迹仿真】，在立即菜单中选定选项，如图所示；按系统提示同时拾取粗加工刀具轨迹与精加工轨迹，按右键；系统将进行仿真加工。如图所示。
6 ．观察仿真加工走刀路线，检验判断刀路是否正确、合理（有无过切等错误）。 7．单击【应用】－【轨迹编辑】，弹出“轨迹编辑”表，按提示拾取相应加工轨迹或相应轨迹点，修改相应参数，进行局部轨迹修改。若修改过大，应该重新生成加工轨迹。 8．仿真检验无误后，可保存粗/精加工轨迹。 三、生成G代码
1．单击【应用】－【后置处理】－【生成G代码】，在弹出的“选择后置文件”对话框中给定要生成的NC代码文件名（五角星.cut）及其存储路径，按“确定”退出。 2．分别拾取粗加工轨迹与精加工轨迹，按右键确定，生成加工G代码。 五角星的加工程序如下：
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(6,2008.11.17,16:35:36.8)
G90G54G00Z50.000
S3000M03
X0.000Y0.000Z50.000
X-115.000Y115.000
Z30.000
G01Z20.000F100 X115.000F1000 Y110.000F800 X-115.000F1000 Y105.000F800 X115.000F1000 Y100.000F800 X-115.000F1000 Y95.000F800 X115.000F1000 Y90.000F800 X-115.000F1000 Y85.000F800 X115.000F1000 Y80.000F800 X-115.000F1000 Y75.000F800 X115.000F1000 Y70.000F800 X-115.000F1000 Y65.000F800 X115.000F1000 Y60.000F800 X-115.000F1000 Y55.000F800 X115.000F1000 Y50.000F800 X-115.000F1000 Y45.000F800 X115.000F1000 Y40.000F800 X-115.000F1000 Y35.000F800 X115.000F1000
Y30.000F800 Y-80.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y25.000F800 Y-85.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y20.000F800 Y-90.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y15.000F800 Y-95.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y10.000F800 Y-100.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y5.000F800 Y-105.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y0.000F800 Y-110.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y-5.000F800 Y-115.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y-10.000F800 Y115.000 X-115.000F1000 X-115.000 Y-15.000F800 Y-115.000 X115.000F1000 X115.000 Y-20.000F800 Z30.000F100 X-115.000F1000 G00Z100.000 Y-25.000F800 X-115.000Y115.0X115.000F1000 00
Y-30.000F800 Z25.000
X-115.000F1000 G01Z15.000F100 Y-35.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y110.000F800 Y-40.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y105.000F800 Y-45.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y100.000F800 Y-50.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y95.000F800 Y-55.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y90.000F800 Y-60.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y85.000F800 Y-65.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y80.000F800 Y-70.000F800 X-115.000F1000 X-115.000F1000 Y75.000F800 Y-75.000F800 X115.000F1000 X115.000F1000 Y70.000F800
- 28 -
X-115.000F1000 Y65.000F800 X115.000F1000 Y60.000F800 X-115.000F1000 Y55.000F800 X115.000F1000 Y50.000F800 X-115.000F1000 Y45.000F800 X115.000F1000 Y40.000F800 X-115.000F1000 Y35.000F800 X115.000F1000 Y30.000F800 X-115.000F1000 Y25.000F800 X115.000F1000 Y20.000F800 X9.236F1000 G03X8.538Y23.630I-10.911J-0.216
G01X7.877Y24.218
G03X5.012Y22.449I0.122J-3.403 G02X3.209Y20.000I-4027.600J2962.805
G01X-115.000 Y15.000F800 X-20.527F1000 G02X-20.479Y15.106I2.508J-1.068 G01X-18.904Y15.487
X-17.329Y15.236 G02X-16.558Y15.000I-188.826J-617.0
G01X-0.478 Z25.000F800
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G00Z100.000 X9.236Y20.000 Z25.000
G01Z15.000F100 G02X9.202Y18.904I-10.911J-0.216F1000
G01Y15.000 X115.000 Y10.000F800 X9.202F1000 Y6.2F800 X9.305Y6.695 X9.452Y6.605 X14.391Y5.000 X115.000F1000 Y0.000F800 X25.495F1000 Z25.000F100 G00Z100.000 X-20.527Y15.000 Z25.000
G01Z15.000F100 G03X-19.954Y12.012I2.508J-1.068F800
G02X-18.513Y10.000I-40.494J-2911.998
G01X-115.000F1000
Y5.000F800 X-14.939F1000 G02X-11.375Y-0.000I-4069.509J-2904.986F800 G01X-115.000F1000
Y-5.000F800 X-15.004F1000 X-18.632Y-10.000F800
X-115.000F1000 Y-15.000F800
X-20.572F1000 Y-105.000F800 X-20.479Y-15.10X115.000F1000 6
Y-110.000F800 G03X-16.271Y-1X-115.000F1000 5.000I1.946J6.32Y-115.000F800 5
X115.000F1000 G01X-0.561 Z25.000F100 G03X3.175Y-20.G00Z100.000 000I254.267J186.X3.175Y-20.000 082F800
Z25.000
G01X-115.000F1G01Z15.000F100 000
G03X5.514Y-23.Y-25.000F800 028I250.531J191.X115.000F1000 082F800
Y-30.000F800 G01X6.301Y-23.X-115.000F1000 756
Y-35.000F800 G03X8.6Y-23.X115.000F1000 438I1.075J0.953 Y-40.000F800 G03X9.201Y-16.X-115.000F1000 344I-21.733J5.21Y-45.000F800 0
X115.000F1000 G01X9.202Y-6.8Y-50.000F800 92
X-115.000F1000 X9.331Y-6.4 Y-55.000F800 X14.376Y-5.000 X115.000F1000 X115.000F1000 Y-60.000F800 Y-10.000F800 X-115.000F1000 X9.202F1000 Y-65.000F800 X9.201Y-15.000FX115.000F1000 800
Y-70.000F800 X115.000F1000 X-115.000F1000 Y-20.000F800 Y-75.000F800 X9.210F1000 X115.000F1000 G02X8.6Y-23.Y-80.000F800 438I-22.278J1.77X-115.000F1000 2
Y-85.000F800 G02X6.301Y-23.X115.000F1000 756I-1.288J0.635 Y-90.000F800 G01X5.514Y-23.X-115.000F1000 028
Y-95.000F800 G02X-3.545Y-10.X115.000F1000 853I248.193J194.Y-100.000F800 110
X-115.000F1000 G01X-3.938Y-10.
- 29 -
955
X-15.753Y-14.786
G02X-20.479Y-15.106I-2.780J6.006
G01X-20.601Y-14.966
X-20.776Y-14.178
G02X-18.904Y-10.374I8.526J-1.834
G01X-11.375Y0.000
G03X-19.954Y12.012I-4073.073J-29.986
G02X-20.479Y15.106I1.934J1.920 G01X-18.904Y15.487
X-17.329Y15.236 G02X-3.545Y10.853I-188.826J-617.0
G03X5.012Y22.449I-4019.044J2974.401
G02X7.877Y24.218I2.987J-1.633 G01X8.538Y23.630
G02X9.202Y18.904I-10.213J-3.846
G01Y6.2 X9.305Y6.695 X9.452Y6.605 X15.046Y4.787 G02X24.196Y1.575I-22.407J-78.479
G01X25.176Y0.7
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X25.495Y0.000 X115.000 Y115.000 X-115.000 Y-115.000 X115.000 Y0.000 X25.495
X25.176Y-0.788 X24.196Y-1.575 X22.468Y-2.363 X9.331Y-6.4 X9.202Y-6.2 X9.201Y-16.344 G02X9.210Y-20.000I-22.269J-1.8
84
0
G01Z25.000F100 X-106.256Z-2.38X-105.1Z-1.179
8
X-106.362Z-2.56X-105.342Z-1.312
0
X-106.460Z-2.73X-105.490Z-1.449
8
X-106.551Z-2.92X-105.633Z-1.590
2
X-106.635Z-3.10X-105.770Z-1.744
2
X-106.712Z-3.29X-105.901Z-1.2
6
X-106.782Z-3.48X-106.026Z-2.052
6
X-106.844Z-3.67X-106.144Z-2.225
- 30 -
X-106.8Z-3.870
X-106.945Z-4.067
X-106.984Z-4.266
X-107.015Z-4.466
X-107.038Z-4.668
Z100.000F100 G00Z50.000 M05 M30
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总结
我们用CAXA制造工程师对示例零件进行了数控加工，刀具路径设计合理、正确，执行加工一次成功。与传统的手编程的数控加工相比较，有以下几个特点： (1)在计算机屏幕上，面向零件的几何图形，以鼠标指点操作对象，使用相关菜单进行编程设计，方法简单易学。
(2)编程结果直观，以刀具路径在屏幕上显示，处理速度快。经仿真切削和刀具干涉检查，所编程序一次成功，大幅度减少了机床调整时间和机床试切时间。 (3)减少了程序调试时间，减少了机床工时占用，缩短了生产周期。
(4)采用数控技术不仅可以缩短生产周期，又避免了多次装夹，提高了加工精度，提高加工的准确性和加工复杂零件的能力。
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参考文献
1.宋文学 CAD/CAM应用 西安：西北大学出版社 2005.8 2.宗志坚 CAD/CAM技术 北京:机械工业出版社 2000 3.蔡汉明 机械CAD/CAM技术 北京：机械工业出版社 2003.7 4.宁汝新 CAD/CAM技术 北京：机械工业出版社 1999
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