第10章 数控铣削自动编程

第10章数控铣削自动编程10.1自动编程概述10.2MasterCAM软件介绍与应用10.1自动编程概述10.1.1自动编程的主要特点自动编程是借助计算机及其外围设备装置自动完成从零件图构造、零件加工程序编制等工作的一种编程方法，也称作计算机辅助编程。与手工编程相比，自动编程速度快，质量好，这是因为自动编程具有以下主要特点：1.数学处理能力强2.能快速、自动生成数控程序3.后置处理程序灵活多变4.程序自检、纠错能力强5.便于实现与数控系统的通讯自动编程技术优于手工编程，但并非所有程序都须自动编程。编程方法的选择须考虑被加工零件形状的复杂程度，数值计算的难度和工作量的大小、现有设备条件，以及时间和费用等诸多因素。下一页返回10.1自动编程概述10.1.2自动编程系统的内容和操作步骤在数控自动编程系统中，目前国内外普遍采用的是CAD/CAM一体化集成形式的软件（即计算机辅助设计与制造一体化技术），它具有速度快、精度高、直观性好、实用简便、便于检查等优点，其编程内容和操作步骤如下：(1)分析加工零件。(2)对加工零件进行几何造型。(3)确定工艺步骤并选择合适的刀具。(4)刀具轨迹的生成及编辑。(5)刀具轨迹验证。(6)后置处理。上一页下一页返回10.1自动编程概述常见的CAD/CAM软件有：国内北航海尔软件有限公司的CAXA软件，美国UNIGRAPHICS公司的UG软件，美国PTC公司的Pro/Engineer，以色列的Cimatron软件，美国CNC软件公司的MasterCAM软件等。10.1.3典型自动编程软件介绍1.CAXA制造工程师它是由我国北京北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件，基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互式，全中文界面，便于轻松学习和操作。它全面支持图标菜单、工具条、快捷键。具有线框造型、曲面造型和实体造型的设计功能，具有生成二至五轴加工代码的数控加工功能，可用于加工具有复杂三维曲面的零件。其特点是易学易用、价格较低，已在国内部分企业、院校及研究院中得到应用。随着其CAM功能的进一步完善，该软件在我国的应用会得到进一步推广。上一页下一页返回10.1自动编程概述2.UnigraphicsNXUnigraphicsNX由美国UGS公司开发经销，是现今自动编程软件（CAD/CAM）中功能最丰富、性能最优越的软件之一。不仅具有复杂造型和数控加工的功能，还具有管理复杂产品装配，进行多种设计方案的对比分析和优化等功能。该软件具有较好的二次开发环境和数据交换能力。其庞大的模块群为企业提供了从产品设计、产品分析、加工装配、检验，到过程管理、虚拟运作等全系列的技术支持。CAM模块设定选项更多、更丰富，所以功能更强。突出的刀具路径优化设计技术，使其成为模具制造业首选的CAD/CAM软件。CAD模块数据交换功能更上一个台阶，各种CAD/CAM软件之间标准化格式转换后特征模型不再容易丢失。上一页下一页返回10.1自动编程概述3.MasterCAMMastercam是由美国CNCsoftware公司开发的。是国内引进最早的CAD/CAM软件。它具有很强的加工功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。由于MasterCAM主要针对数控加工，其零件的设计造型功能不强，但对硬件的要求不高，操作灵活、易学易用、价格较低，因此受到众多企业的欢迎。在学校的CAD/CAM教学中，MasterCAM也是最合适的普及型软件。本书将以MasterCAM为例来介绍零件的自动编程。上一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用10.2.1MasterCAM基本概念主界面起动MasterCAM软件后显示的主界面如图10-1所示。2.主菜单主菜单位于主界面的左面，其功能如下：Analyze（CAD图形分析）：分析已选择图素的所有相关的信息，编辑二维图型。Create(CAD绘图)：CAD绘制图形的入口，绘制点、线、圆弧、曲线、曲面、标注尺寸及其他绘图功能。File(文件)：文档处理（存储、调用、编辑、图形格式转换、图形合并、通信等）Modify（图形修整）：对图形进行修剪，打断，连接，倒圆角，延伸等。Xform（图形转换）：图形的镜像、旋转、比例、平移、偏置等功能。下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用Deletre（删除）：删除屏幕上及系统数据库中的图形。Screen（屏幕）：系统配置，改变屏幕上的图形的颜色、层，隐藏图素等。Solids（实体）：实体绘制入口。Toolpath（刀具路径）：CAM加工入口，有外形，挖槽，钻孔，曲面加工等模组。NCutils(NC公共管理)：编辑、管理、检查刀具路径等。3．坐标系统MasterCAM的坐标系统有两种，即系统坐标系和工作坐标系。系统坐标系是MasterCAM中固定不变的坐标系（也称绝对坐标系），满足右手法则。工作坐标系是用户在设置构图平面时所建立的坐标系，又称用户坐标系。在工作坐标系中，不管构图平面如何设置，总是X轴的正方向朝右，Y轴的正向朝上，Z轴的正向垂直屏幕指向用户。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用MasterCAM图形界面左下角的X、Y、Z指的是系统坐标系的X、Y、Z轴，并不是工作坐标系的X、Y、Z轴，而只有在构图平面与图形视角同为俯视图时，MasterCAM图形界面中的X、Y、Z轴才与工作坐标系的X、Y、Z轴一致。4.构图平面在MasterCAM中引入构图平面的的概念是这了能将复杂的三维绘图简化为简单的二维绘图。构图平面是用户当前要使用的绘图平面，与工作坐标系平行。设置好构图平面后，则所绘制出的图形都在构图平面上，如构图平面设置为Top视图（俯视图），则用户所绘制出的图形就产生在平行于Top视图的构图面上。构图面的设置方法为：点取辅助菜单栏中Cplane(构图面),然后在图10-4所示的Cplane菜单中选取相关选项来设置俯视图（Top）、前视图(Front)、侧视图(Side)、空间绘图(3D)等构图面。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用5.Z（工作深度）工作深度是用户绘制出的图形所处的三维深度，是用户设置的工作坐标系中的Z轴坐标。MasterCAM通过工作深度的设置来使用户可以在二维平面中绘制出具备有三维Z轴深度的图形。构图平面和工作深度的关系如图10-5所示：设定构图平面为Top视图，输入不同的Z深度，则所绘制的图形在不同的与构图平面平行的平面上，其距离就为Z深度。设置方法：点取辅助菜单栏中Z(工作深度)如图10-6所示，直接从键盘中输入数值或从屏幕上选取已存在的点来设定工作深度。6.图形视角在MasterCAM中可通过图形视角的设置来观察三维图形在某一视角的投影视图，如图形视角设置为Top，则三维图形在屏幕上表现为俯视图，即从上往下看的投图影视图。图形视角表示的是当前屏幕上图形的观察角度，但用户所绘制的图形不受当前视角的影响，而是由构图平面和工作深度来确定。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用图形视角的设置方法为：点取辅助菜单栏中Gview(视角),然后在图10-7所示的GraphicsView(图形视角)菜单中选取相关选项来设置等角视图、俯视图、前视图、侧视图等图形视角。绘制三维图形时，构图平面、工作深度、图形视角一般需要同时进行设置：往往是先设置好构图平面和工作深度，用以确定图形绘制位置，然后设置图形视角，以利于图形绘制时的观测。作图时，一定要随时注意构图面和图形视角的设置，可通过辅助菜单栏中构图面和视角的显示状态来了解当前所设置的状态。10.2.2MasterCAM图形绘制基本操作1.二维图形绘制2.三维建模上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用1）三维线架模型：通常需要事先绘制好三维线架模型，然后在此模型的基础上构建出曲面或实体。三维线架模型是以物体的边界来定义物体，其体现的是物体的轮廓特征或横断面特征。在三维线架模型的构建中要灵活地运用构图平面、工作深度和图形视角的设置。2）三维曲面模型：曲面是用数学方程式来定义物体表层的形状表现，其可很好地表达和描述物体的形状，已广泛运用于汽车、轮船和飞机机身以及各种模具和模型的设计造型中。MasterCAM中构建曲面的基本方法：点取主菜单栏中Creat(构建),再点取下级菜单栏中的Surface（曲面）命令，然后在图10-19所示的Surface（曲面）菜单中，选取相关选项来构建不同类型的曲面。MasterCAM中常用的曲面类型有：Loft（举升）,昆氏Coons（昆氏）,Ruled（直纹）,Revolve（旋转）,Sweep（扫描）,Draft（牵引）,Fillet(倒圆),Trim/extend（修整延伸）等。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用3）三维实体模型实体模型与线架模型、曲面模型一样也是描述三维物体的一种表达方式，它是由多个特征组成的一个整体，在MasterCAM中表示为一个图素，其不仅具备面积的特征，还具备有体积的特征。三维实体的构建过程就是多个实体特征的堆积过程，比如，先构建一个挤出特征，然后在其基础上挖一个孔，切割一部分材料，倒一个圆角等，最后构建出三维实体。在MasterCAM中通过挤出、旋转、扫描、举升、基本实体来构建三维实体的基本特征，并在此基础上进行倒圆、倒角、薄壳、布尔运算、牵引、剪切等操作，最终构建出实体模型。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用10.2.3CAM功能1.MasterCAM的CAM功能简介Mastercam提供了多种二维和三维的刀具路径模组来产生刀具路径。CAM模组有：外形铣削模组、挖槽模组（型腔加工模组）、钻孔模组、曲面加工模组、毛坯表面切除模组、五轴加工模组等。1）各模组的加工方法和功能概述如下：（1）外形铣削（2）钻削加工（3）型腔铣削（4）曲面加工2）曲面粗、精加工方法分为：（1）粗、精加工方法：上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用平行铣削（parallel）——切削路径在进给方向以进给步距为间隔相互平行，粗加工按设定的Z向最大进给量，在Z向分层切削，在粗、精加工共有的方法中，所有精加工都是在整个加工面上沿着工件表面进给切削；放射状（radial）——切削路径在设定的角度范围内，以最大增量角度为增量值，从一设定点开始以放射状向外，粗加工可以按设定的Z向最大进给量在Z向分层切削；投影加工（project）——根据已知的刀具路径或曲线、点对曲面投影，产生投影曲面上的刀具路径；曲面流线（flowline）——沿曲面流线方向产生刀具切削路径，粗加工可以按设定的Z向最大进给量在Z向分层切削，精加工能产生出一个精密的平滑曲面；等高外形（contour）——沿曲面Z向等高外形进给产生刀具路径，用于粗、精加工连续凹凸变化曲面。上一页下一页返回10.2MasterCAM软件介绍与应用（2）仅用于粗加工方法：插削式（plunge）——分层地垂直向下铣削或快速钻削的形式去除大部分余量；挖槽式（pocket）——用于型腔（四周和底面为曲面）的情况，也可以是敞开式的，可以分层地环绕或铣削去除大部分余量。（3）精加工仅有的加工方法：平行陡斜面（par.steep）——清除工件陡坡区域的剩余材料，陡坡面决定于曲面斜度，斜度区域范围可以设定；浅平面加工（shallow）——清除斜面之间残留的材料；交线清角（pencil）——沿曲面交线进给切削，清除粗加工或精加工时残留在交线处的材料；残料清除（left-over）——清除由于刀具直径大而残留在曲面交线附近的残料；环绕等距（scallop）——在曲面上产生环绕等距的刀具切削路径。上一页返回图10-1Mastercam主界面图10-1Mastercam主界面返回10-4构图面设置菜单10-4构图面设置菜单返回图10-5构图平面和工作深度的关系图10-5构图平面和工作深度的关系返回图10-6工作深度设置图10-6工作深度