数控自动编程

[e-mail][e-mail]数控自动编程9.1数控自动编程简介数控自动编程是利用计算机和相应的编程软件编制数控加工程序的过程。随着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求。如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加工程序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展。数控自动编程的初期是利用通用微机或专用的编程器，在专用编程软件（例如APT系统）的支持下，以人机对话的方式来确定加工对象和加工条件，然后编程器自动进行运算和生成加工指令，这种自动编程方式，对于形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，可以快速得完成编程工作。目前在安装有高版本数控系统的机床上，这种自动编程方式，已经完全集成在机床的内部（例如西门子810系统）。但是如果零件的轮廓是曲线样条或是三维曲面组成，这种自动编程是无法生成加工程序的，解决的办法是利用CAD／CAM软件来进行数控自动编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统已逐渐过渡到以图形交互为基础，与CAD相集成的CAD/CAM一体化的编程方法。与以前的APT等语言型的自动编程系统相比，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。采用CAD/CAM数控编程系统进行自动编程已经成为数控编程的主要方式。目前，商品化的CAD／CAM软件比较多，应用情况也各有不同，下表列出了国内应用比较广泛的CAM软件的基本情况。软件名称基本情况unigraphics(UG)是美国EDS公司出品的CAD／CAM／CAE一体化的大型软件，功能强大，在大型软件中，加工能力最强，支持三轴到五轴的加工，由于相关模块比较多，需要较多的时间来学习掌握。欲了解更多情况请访问其网站。网址：是美国PTC公司出品的CAD／CAM／CAE一体化的大型软件，功能强大，支持三轴到五轴的加工，同样由于相关模块比较多，学习掌握，需要较多的时间。欲了解更多情况请访问其网站。网址：／CAM／CAE一体化的大型软件，功能强大，支持三轴到五轴的加工，支持高速加工，由于相关模块比较多，学习掌握的时间也较长。欲了解更多情况请访问其网站。网址：也是美国EDS公司出品的CAD／CAM／CAE一体化的大型软件，由于目前与UG软件在功能方面有较多重复，EDS公司准备将Ideas的优点融合到UG中，让两个软件合并成为一个功能更强的软件。欲了解更多情况请访问其网站。是以色列的CIMATRON公司出品的CAD／CAM集成软件，相对于前面的大型软件来说，是一个中端的专业加工软件，支持三轴到五轴的加工，支持高速加工，在模具行业应用广泛。欲了解更多情况请访问其网站。网址：是英国的DelcamPlc出品的专业CAM软件，是目前唯一一个与CAD系统相分离的CAM软件，其功能强大，加工策略非常丰富的数控加工编程软件，目前，支持3轴到5轴的铣削加工，支持高速加工。欲了解更多情况请访问其网站。网址：@[e-mail]是美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM系统，是最早在微机上开发应用的CAD／CAM软件，用户数量最多，许多学校都广泛使用此软件来作为机械制造及NC程序编制的范例软件。网址：，更多情况见9.2节EdgeCAM是英国Pathtrace公司开发的一个中端的CAD/CAM系统，更多情况请访问其网站。网址：是国内北航海尔软件有限公司出品的数控加工软件，其功能与前面介绍的软件相比较，在功能上稍差一些，但价格便宜。更多情况请访问其网站。网址：当然，还有一些CAM软件，因为目前国内用户数量比较少，所以，没有出现在上面的表格内，例如Cam-tool、WorkNC等。上述的CAM软件在功能、价格、服务等方面各有侧重，功能越强大，价格也越贵，对于使用者来说，应根据自己的实际情况，在充分调研的基础上，来选择购买合适的CAD／CAM软件。掌握并充分利用CAD／CAM软件，可以帮助我们将微型计算机与CNC机床组成面向加工的系统，大大提高设计效率和质量，减少编程时间，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产制造水平。由于目前CAM系统在CAD／CAM中仍处于相对独立状态，因此无论上表中的那一个CAM软件都需要在引入零件CAD模型中几何信息的基础上，由人工交互方式，添加被加工的具体对象、约束条件、刀具与切削用量、工艺参数等信息，因而这些CAM软件的编程过程基本相同。其操作步骤可归纳如下。第一步，理解零件图纸或其它的模型数据，确定加工内容。第二步，确定加工工艺（装卡、刀具、毛坯情况等），根据工艺确定刀具原点位置（即用户坐标系）。第三步，利用CAD功能建立加工模型或通过数据接口读入已有的CAD模型数据文件，并根据编程需要，进行适当的删减与增补。第四步，选择合适的加工策略，CAM软件根据前面提高的信息，自动生成刀具轨迹。第五步，进行加工仿真或刀具路径模拟，以确认加工结果和刀具路径与我们设想的一致。第六步，通过与加工机床相对应的后置处理文件，CAM软件将刀具路径转换成加工代码。第七步，将加工代码（G代码）传输到加工机床上，完成零件加工。由于零件的难易程度各不相同，上述的操作步骤将会依据零件实际情况，而有所删减和增补后面我们将用加工实例来分别予以说明。9.2Mastercam软件简介Mastercam软件是美国CNCSoftware,INC.所研制开发的集计算机辅助设计和制造于一体的软件。它的CAD模块不仅可以绘制二维和三维零件图形，也能在CAM模块中，对被加工零件直接编制刀具路径和数控加工程序。它是目前在模具设计和数控加工中使用非常普遍，而且相当成功的软件。它主要应用于加工中心、数控铣床、数控车床、线切割、雕刻机等数控加工设备。由于该软件的性能价格比较好，而且学习使用比较方便，因此被许多加工企业所接受。许多学校也广泛使用此软件作为机械制造及NC程序编制的范例软件。目前该软件是微机平台上装机量最多、应用最广泛的软件。MasterCAM把计算机辅助设计(CAD)功能和计算机辅助制造(CAM)功能有机地结合在一起。从设计绘制图形到编制刀具路径，通过仿真加工来验证刀具轨迹和优化程序；通过后处理器将刀具轨迹转换为机床数控系统能够识别的数控加工文件(*.NC)，然后通过计算机通信（RS—232接口）将NC程序发送到加工中心等数控机床，即可完成对工件的加工。其编程速度和编程效率比以前在数控机床上使用手工编程更为先进。由于Mastercam软件具有强大的生命力，因而发展迅速，目前最新版本为Mastercam9.1SP2版本，[e-mail][e-mail]版本升级之快，令人目不暇接。新版本性能更优越，学习使用更方便。在辅助设计方面，增加了标注尺寸、实体模型，并且在更改实体模型尺寸和图素属性（图层、颜色、线型、线宽）等方面作了较大的改进，尤其是增加了实体管理器（SolidsManager）之后，使设计顺序和参数可以重构（ReorderandRegenerate），从而使设计更具灵活和柔性。在辅助加工CAM方面，增加了实体刀具路径仿真加工（Tool-pathVerification）和刀具路径-操作管理器（ToolpathsOperationsManager），可以通过刀具路径仿真来验证和修改刀具和加工参数，如果参数有误，可进行局部修改，然后将刀具路径重新生成，再仿真优化，直到满意为止。MasterCAM软件具有良好的人机界面，在整个设计与加工过程中显示出交互性、集成性的特点。MasterCAM软件与其它大型CAD/CAM软件一样，具有一定的工程分析和判断功能（零件几何图素的检测、刀具路径及干涉检验、实体管理器和操作管理器所带的参数修改、几何重构和程序重生等），计算机通信功能（DNC加工），为进一步向集成化、智能化、网络化方向发展奠定了基础。根据我们长期使用的效果来看，MasterCAM是一个易学易用的软件，其CAD部分和CAM部分结合比较合理、紧密，能够加工我们所能碰到的一千多种零件中的50％～60％的零件，如果操作者有较高的加工工艺水平，则能加工70％～80％的零件。是一个非常不错的加工软件。前面已对MasterCAM软件进行了简单的介绍，下面先让我们熟悉一下该软件的工作界面，然后通过加工示例来了解和掌握零件的设计与数控自动编程的方法。MasterCAM软件的工作界面首先让我们来启动Mastercam8软件，进入其工作界面。通过Windows桌面，双击“Mill8”图标启动；也可按如下步骤启动：开始→程序→Mastercam8→Mill8进入Mastercam8后我们就能看到如图9-1所示的工作界面：辅助菜单信息反馈区绘图区工具条主菜单标题栏图9-1MasterCAM的工作界面光标Mastercam8的工作界面组成如下：1）标题栏[e-mail][e-mail]没有绘图时，显示Mastercam程序名称，打开文件编辑时，显示文件的路径和名称。2）工具条此区域将Mastercam常用的命令以图标的方式显示在绘图区的上方，每一个图标代表一条命令，用户可以鼠标直接点击图标，以激活该命令。3）主菜单此区域提供了Mastercam所有的命令。Mastercam的命令结构为树枝状结构，例如：当用鼠标选择【绘图】命令后，将会出现【绘图】命令的子菜单，再选择【矩形】命令，又会出现绘制矩形方式的下一级子菜单。如果选择【上层功能表】，则返回上一级的【矩形】子菜单；如果选择【回主功能表】，则直接返回到主菜单。说明：后面凡是Mastercam的菜单命令，都与【XXXXXX】方式来表示，需要输入的数值都用“XX”来表示。4）辅助菜单此区域提供了绘图时，系统的一些默认信息。5）绘图区此区域为最常使用的区域，是设计图形所显示的区域。用户从外部导入的图形或用Mastercam绘制的图形都会显示在此区域内。6）信息反馈区在屏幕的最下方，提供了一些Mastercam的命令响应信息，操作时应随时注意该区域的提示，有时需要利用键盘输入一些相关的数据。[e-mail][e-mail]9.3Mastercam软件铣削实例由于MasterCAM从5版到9.2版，其菜单界面和操作方法，一直都没有什么改变，只是功能上有所增加，考虑到大多数使用者，都在使用Mastercam8版本，我们后面的实例都是以MasterCAM8为基础讲解。当然，这些实例同样也适用于Mastercam9版本。进行数控铣削加工的零件，通常都比较复杂。因此，Mastercam的铣削模块（Mill）与比其他模块相比，使用更为广泛，是我们学习和掌握的重点内容。下面我们用一个典型实例来掌握零件的设计与数控自动编程的基本方法。图9-2铣削实例（电极模型）如图9-2所示：毛坯为已加工过的70×70的方料，厚度为30.2mm，零件材料为铝材。加工采用的刀具参