搜索
1河北科技师范学院数控技术实习指导书(Mastercam部分)机电工程学院机制专业教研室21自动编程1.1自动编程的基本原理数控加工程序可由手工编程，也可以由计算机辅助完成编程过程。手工编程中的几何计算、编写加工程序单、程序校核，甚至工艺处理等由计算机自动处理完成的编程方法称为“计算机自动编程”，简称“自动编程”。自动编程的工作过程如图1-101所示。1.准备原始数据自动编程系统不会自动地编制出完美的数控程序。首先，人们必须给计算机送入必要的原始数据，这些原始数据描述了被加工零件的所有信息，包括零件的几何形状、尺寸和几何要素之间的相互关系，刀具运动轨迹和工艺参数等等。原始数据的表现形式随着自动编程技术的发展越来越多样化，它可以是用数控语言编写的零件源程序，也可以是零件的图形信息，还可以是操作者发出的声音等等。一些原始数据是由人工准备的，当然它比直接编制数控程序要简单、方便得多。2.输入翻译原始数据以某种方式输入计算机后，计算机并不立即识别处理，必须通过一套预先存放在计算机中的编程系统软件，将它翻译成计算机能够识别和处理的形式。由于它的翻译功能，故又称编译软件。计算机编程系统品种繁多，原始数据的输入方式不同，程编系统就不一样，即使是同一种输入方式，也有很多种不同的编程系统。3.数学处理这部分是根据已经翻译的原始数据计算出刀具相对于工件的运动轨迹。编译和计算合称为前置处理。4.后置处理后置处理就是编程系统将前置处理的结果处理成具体的数控机床所需要的输入信息，即形成了零件加工的数控程序。5.信息的输出将后置处理得到的程序信息通过控制介质（如磁盘）或通过计算机与机床的通讯接口，输入到数控机床，控制数控机床加工，或边输入，边加工。1.2自动编程的主要特点与手工编程相比，自动编程的速度快，质量好，这是因为自动编程具有以下主要特点：1.数学处理能力强零件图样准备原始数据输入翻译数学处理后置处理数控机床信息输出图1-101自动编程的工作过程3对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算则相当繁琐，采用手工程序编制是难以完成的。而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力，人们只需给计算机输入该二次曲线的描述语句，计算机就能自动计算出刀具轨迹，快速而又准确。功能较强的自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特种曲面。2.能快速、自动生成数控程序对非圆曲线的轮廓加工，手工编程即使解决了节点坐标的计算，也往往因为节点数过多，程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。自动编程的一大优点之一，就是在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序，且该数控程序不会出现语法错误。当然自动生成程序的速度还取决于计算机硬件的档次，档次越高，速度越快。3.后置处理程序灵活多变同一个零件在不同的数控机床上加工，由于数控系统的指令形式不尽相同，机床的辅助功能也不一样，伺服系统的特性也有差别。因此，数控程序也应该是不一样的。但在前置处理过程中，大量的数学处理，轨迹计算却是一致的。这就是说，前置处理可以通用化。只要稍微改变一下后置处理程序，就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来，后置处理相比前置处理，工作量要小得多，程序简单得多，因而它灵活多变。对于不同的数控机床，取用不同的后置处理程序，等于完成了一个新的自动编程系统，极大地扩展了自动编程系统的使用范围。4.程序自检、纠错能力强复杂零件的数控加工程序往往很长，要一次编程成功，不出一点错误是不现实的。手工编程时，可能书写笔误，可能算式有问题，也可能程序格式出错，靠人工检查一个个错误是困难的，费时又费力。采用自动编程，程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误，或刀具与工件干涉，或刀具与机床相撞等等。但自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟，连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓，发现问题及时修改，快速又方便。现在，往往在前置处理阶段，计算出刀具轨迹后立即进行动态模拟检查，确定无误再进入后置处理，编写出正确的数控程序来。5.便于实现与数控系统的通讯手工编程生成的数控程序，一般必须手工一次性的输入到数控系统，控制数控机床进行加工。如果数控程序很长，而数控系统的容量有限，不足以一次容纳整个数控程序，必须对数控程序进行分段处理，分批输入，比较麻烦，且容易出错。而自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口，实现编程系统和数控系统的通讯。编程系统可以把自动生成的数控程序经通讯接口或通过通信介质直接输入到数控系统控制数控机床加工，还可以做到边输入，边加工，不必忧虑数控系统内存不够大，免除了将数控程序分段。自动编程的通讯功能进一步提高了编程效率，缩短了生产周期。41.3自动编程的发展趋势近年来，计算机进行交互自动编程技术日渐成熟，这种方法以其速度快、精度高、直观、使用简便、便于检查等特点，使它在工业发达国家已得到广泛使用。在国内自动编程的重要性也得到普遍认同，其应用越来越普及，已成为一种必然趋势。随着计算机技术及信息处理技术的发展，自动编程趋向于实用及高度自动化。1.小型的语言编程系统为适应中、小工厂使用小型或微型计算机编程的需要，自动编程向着小型而专用的方向发展，例如德国的EXAPT（ExetendedAutomaticallyProgrammedTools）语言系统，分EXAPT-1（点位加工）、EXAPT-2（车削加工）以及EXAPT-3（铣削加工）3个小系统。这种系统针对性强，往往具有工艺处理和一些专用功能。在系统的内存中存有机床、刀具、材料、切削用量等工艺文件，可自动确定工步以及工艺参数，因此编程方便，价廉，易于普及推广。2.图像编程采用人机交互功能的计算机图形显示器，在图形显示系统软件和图像编程应用软件的支持下，只要给出一些必要的工艺参数，发出相应的命令或“指点”菜单，然后根据应用软件提示的操作步骤，实时“指点”被加工零件的图形元素，就能得到零件的各轮廓点的位置坐标值，并立即在图像显示屏上显示出刀具加工轨迹，再连接适当的后置处理程序，就能输出数控加工程序单。这种编程方法称为计算机图像数控编程（ComputerGraphicsAidedNCProgramming），简称图像编程。图像编程是目前主要的自动编程方式，国内外图形交互自动编程软件的很多，流行的集成CAD/CAM（ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing）系统大都具有图形自动编程功能。目前上流行CAD/CAM系统软件有Pro/Engineer、SiemensNX、CATIA、Mastercam软件等。3.语音编程语音数控自动编程是利用人的声音作为输入信息，并与计算机和显示器直接对话，令计算机编出加工程序的一种方法。语音编程系统的构成，如图1-102所示。编程时，编程员只需对着话筒讲出所需的指令即可。编程前应使系统“熟悉”编程员的“声音”，即首次使用该系统时，编程员必须放进该系统约定的各种词汇和数字，让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字指令。用语音自动编程的主要优点是：便于操作，未经图1-102语音编程系统的构成5训练的人员也可使用语音编程系统；可免除打字错误，编程速度快，编程效率高。4.视觉系统编程采用计算机视觉系统来自动阅读、理解图样，由程编员在编辑过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点，然后自动计算出刀位点的有关坐标值，并经后置处理，最后输出数控加工的程序单。视觉系统编程首先由图样扫描器扫描图样，取得一幅图像，对该图像进行预处理，消除输入部分分辨率的影响；然后分离并识别图样上的文字、符号、线划等元素，并记忆它们之间的关系，对线划进行矢量化处理，并用直线或曲线拟合，得到端点和分支点；将这些信息综合处理，确定图样中每条线的意义及其尺寸大小，最后作编辑处理及刀位点坐标计算。再连接适当的后置处理，就能输出数控加工程序单或穿孔纸带。视觉系统在编程时不需要零件源程序和编程员，只要事先输入工艺参数即可，操作简单，能直接与CAD的数据相连接，实现高度自动化。5.后置处理程序模块化、通用化后置处理程序的功能是将计算阶段算出的刀位数据及有关信息，变成特定数控机床控制的输入信息。所以，根据所使用数控机床不同，后置处理程序也不同。为此，自动编程系统要配有上千种后置处理程序。模块式后置处理程序，是将各种不同数控机床控制的一些共同功能研制成“标准模块”，用户需要一个新的后置处理程序时，只要研制一个“驱动程序”，选用一些“标准模块”加以组合即可。1.4常见的自动编程软件简介1.CAXA制造工程师CAXA制造工程师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。它基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互方式，全中文，便于轻松地学习和操作。它全面支持图标菜单、工具条、快捷键。用户还可以自由创建符合自己习惯的操作环境。它既具有线框造型、曲面造型和实体造型的设计功能，又具有生成二至五轴的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，已在国内众多企业、院校及研究院中得到应用。2.MastercamMastercam是由美国CNCSoftware公司推出的基于PC平台的上CAD/CAM软件，是目前世界上应用最广、最优秀的CAM软件之一。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，所以对硬件的要求不高，且操作灵活、易学易用、价格较低，因此受到众多企业的欢迎。Mastercam主要应用于机械、电子、汽车、航空等行业，特别是在模具制造作业中应用最广。本书将以MastercamX3为例来介绍零件的自动编程。3.SiemensNX6SiemensNX由西门子工业自动化业务部旗下机构、全球领先的产品生命周期管理（PLM）软件与服务提供商SiemensPLMSoftware开发经销，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。NX软件广泛用于航空航天、汽车、机械及模具、消费品、高科技电子等领域的产品设计、分析制造，被认为是业界最具代表性的数控软件和模具设计软件。4.Pro/EngineerPro/Engineer是美国PTC公司研制和开发的软件，它开创了三维CAD/CAM参数化的先河。该软件以其基于特征、全参数、全相关和单一数据库等概念闻名于CAD界，可用于设计和加工复杂的零件。另外，它还具有零件装配、机构仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程等功能。该软件也具有较好的二次开发环境和数据交换能力。Pro/E广泛用于汽车、机械及模具、消费品、高科技电子等领域，在我国应用较广。5.CATIACATIA是法国达索系统公司（DassualtSystem，DS）的CAD/CAM/CAE一体化软件，居CAD/CAM/CAE领域领导地位，是最早实现曲面造型的软件，它开创了三维设计的新时代。它的出现，首次实现了计算机完整描述产品零件的主要信息，使CAM技术的开发有了现实的基础。目前CATIA系统已发展成从产品设计、产品分析、加工、装配和检验，到过程管理、虚拟运作等众多功能的大型CAD/CAM/CAE软件，其强大的曲面设计功能在飞机、汽车、轮船等行业享有很高的声誉。6.CimatronCimatron是以色列Cimatron公司提供的CAD/CAM/CAE软件，是工模具行业中非常有竞争实力的三维CAD/CAM系统。它具有三维造型、生成工程图、数控加工等功能，还具有各种通用和专用数据接口及产品数据管理等功能，是全球最强的电极设计和加工软件之一，其微铣削功能较有特色，主要用于汽车、航空航天、计算机、电子、消费类商品、医药、军事、光学仪器、通讯产品和玩具等