圖形交互式自動(dòng)編程應(yīng)用

圖形交互式自動(dòng)編程應(yīng)用第1頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖形交互式自動(dòng)編程應(yīng)用圖形交互式自動(dòng)編程概述典型零件CAD/CAM實(shí)例第2頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1圖形交互式自動(dòng)編程概述圖形交互式自動(dòng)編程的基本概念CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用第3頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、圖形交互式自動(dòng)編程的基本概念計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即用APT（AutomaticallyProgrammedTool）語(yǔ)言自動(dòng)編程和用CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）一體化數(shù)控編程語(yǔ)言進(jìn)行圖形交互式自動(dòng)編程。APT語(yǔ)言是用專用語(yǔ)句書寫源程序，將其輸入計(jì)算機(jī)，由APT處理程序經(jīng)過(guò)編譯和運(yùn)算，輸出刀具軌跡，然后再經(jīng)過(guò)后置處理，把通用的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所要求的數(shù)控指令格式。采用APT語(yǔ)言自動(dòng)編程可將數(shù)學(xué)處理及編寫加工程序的工作交給計(jì)算機(jī)完成，從而提高了編程的速度和精度，解決某些手工編程無(wú)法解決的復(fù)雜零件的編程問(wèn)題。然而，這種方法也有不足之處。由于APT語(yǔ)言是開(kāi)發(fā)得比較早的計(jì)算機(jī)數(shù)控編程語(yǔ)言，而當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的圖形處理功能不強(qiáng)，所以必須在APT源程序中用語(yǔ)言的形式去描述本來(lái)十分直觀的幾何圖形信息及加工過(guò)程，再由計(jì)算機(jī)處理生成加工程序，致使這種編程方法直觀性差，編程過(guò)程比較復(fù)雜且不易掌握，編制過(guò)程中不便于進(jìn)行階段性檢查。第4頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖形交互式自動(dòng)編程的基本概念CAD/CAM集成數(shù)控編程普遍采用圖形交互自動(dòng)編程方法，通過(guò)專用的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種軟件通常以機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件為基礎(chǔ)，利用CAD軟件的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上，形成零件的圖形文件，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機(jī)對(duì)話的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上指定被加工的部位，再輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，計(jì)算機(jī)就可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。很顯然，這種編程方法與手工編程和用APT語(yǔ)言編程相比，具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)單、便于檢查等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)90年代中期以后，CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)向集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化和虛擬化方向迅速發(fā)展。第5頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用1.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理CAD/CAM集成數(shù)控編程是以待加工零件CAD模型為基礎(chǔ)的一種集加工工藝規(guī)劃（ProcessPlanning）及數(shù)控編程為一體的自動(dòng)編程方法。其中零件CAD模型的描述方法很多，適用于數(shù)控編程的方法主要有表面模型（SurfaceModel）和實(shí)體模型（SolidModel），其中表面模型在數(shù)控編程應(yīng)用中較為廣泛。以表面模型為基礎(chǔ)的CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)習(xí)慣上稱為圖像數(shù)控編程系統(tǒng)。第6頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理CAD/CAM集成數(shù)控編程的主要特點(diǎn)是零件的幾何形狀可在零件設(shè)計(jì)階段采用CAD/CAM集成系統(tǒng)的幾何設(shè)計(jì)模塊在圖形交互方式下進(jìn)行定義、顯示和修改，最終得到零件的幾何模型。數(shù)控編程的一般過(guò)程包括刀具的定義或選擇、刀具相對(duì)于零件表面的運(yùn)動(dòng)方式的定義、切削加工參數(shù)的確定、進(jìn)給軌跡的生成、加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖形仿真顯示、程序驗(yàn)證直到后置處理等，一般都是在屏幕菜單及命令驅(qū)動(dòng)等圖形交互方式下完成的，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點(diǎn)。第7頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與以表面模型為基礎(chǔ)的數(shù)控編程方法相比，以實(shí)體模型為基礎(chǔ)的數(shù)控編程方法較為復(fù)雜?；诒砻婺Ｐ偷臄?shù)控編程系統(tǒng)一般僅用于數(shù)控編程，也就是說(shuō)，其零件的設(shè)計(jì)功能（或幾何造型功能）是專為數(shù)控編程服務(wù)的，針對(duì)性很強(qiáng)，易于使用，典型的軟件系統(tǒng)有MasterCAM、SurfCAM等數(shù)控編程系統(tǒng)，其編程原理和過(guò)程如圖8.1（a）所示。而基于實(shí)體模型的數(shù)控編程系統(tǒng)則不同，其實(shí)體模型一般都不是專為數(shù)控編程服務(wù)的，甚至不是為數(shù)控編程而設(shè)計(jì)的。因此，為了用于數(shù)控編程往往需要對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行可加工性分析，識(shí)別加工特征（MachiningFeature）（加工表面或加工區(qū)域），并對(duì)加工特征進(jìn)行加工工藝規(guī)劃，最后才能進(jìn)行數(shù)控編程，其中每一步可能都很復(fù)雜，需要在人機(jī)對(duì)話方式下進(jìn)行，其數(shù)控編程的原理與過(guò)程如圖8.1（b）所示。第8頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理第9頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用2.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成一個(gè)集成化的CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)，一般由幾何造型、刀具軌跡生成、刀具軌跡編輯、刀具軌跡驗(yàn)證、后置處理、圖形顯示、幾何模型內(nèi)核、運(yùn)行控制及用戶界面等組成，如圖8.2所示。整個(gè)系統(tǒng)的核心是幾何模型內(nèi)核。第10頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成在幾何造型模塊中，常用的幾何模型包括表面模型（SurfaceModel）、實(shí)體模型（SolidModel）和加工特征單元模型（MachinedFeatureModel）在集成化的CAD/CAM系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的幾何模型表示方法是邊界表示法（B-Rep：BoundaryRepresentation）和結(jié)構(gòu)化實(shí)體幾何法（CSC：ConstructiveSolidGeometry）。在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中，最常用的幾何模型內(nèi)核主要有兩種，Parasolid和ACIS。第11頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成多軸刀具軌跡生成模塊直接采用幾何模型中加工（特征）單元的邊界表示模式，根據(jù)所選用的刀具及加工方式進(jìn)行刀位計(jì)算，生成數(shù)控加工刀具軌跡。刀具軌跡編輯根據(jù)加工單元的約束條件對(duì)刀具軌跡進(jìn)行裁剪、編輯和修改。刀具軌跡驗(yàn)證一方面檢驗(yàn)刀具軌跡是否正確，另一方面檢驗(yàn)刀具是否與加工單元的約束面發(fā)生干涉和碰撞，其次是檢驗(yàn)刀具是否啃切加工表面。圖形顯示貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)與加工編程過(guò)程的始終。用戶界面提供給用戶一個(gè)良好的操作環(huán)境。運(yùn)行控制模塊支持用戶界面所有的輸入方式到各功能模塊之間的接口。第12頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成第13頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用3.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（1）熟悉系統(tǒng)的功能與使用方法全面了解系統(tǒng)的功能和使用方法有助于正確運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行零件數(shù)控加工程序編制。1）了解系統(tǒng)的功能框架首先，應(yīng)了解CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的總體功能框架，包括造型設(shè)計(jì)、二維工程繪圖、裝配、模具設(shè)計(jì)、制造等功能模塊，以及每一個(gè)功能模塊所包含的內(nèi)容，特別應(yīng)關(guān)注造型設(shè)計(jì)中的草圖設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、實(shí)體造型以及特征造型的功能，因?yàn)檫@些是數(shù)控編程的基礎(chǔ)。第14頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用2）了解系統(tǒng)的數(shù)控加工編程能力一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)控編程能力主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①適用范圍：車削、銑削、線切割等。②可編程的坐標(biāo)數(shù)：點(diǎn)位、二坐標(biāo)、三坐標(biāo)、四坐標(biāo)及五坐標(biāo)。③可編程的對(duì)象：多坐標(biāo)點(diǎn)位加工編程、表面區(qū)域加工編程（是否具備多曲面曲域的加工編程）、輪廓加工編程、曲面交線及過(guò)渡區(qū)域加工編程、型腔加工編程、曲面通道加工編程等。④有無(wú)刀具軌跡的編輯功能，有哪些編輯手段，如刀具軌跡變換、裁剪、修正、刪除、轉(zhuǎn)置、勻化（刀位點(diǎn)加密、濃縮和篩選）、分割及連接等。⑤有無(wú)刀具軌跡驗(yàn)證功能，有哪些驗(yàn)證手段，如刀具軌跡仿真、刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程仿真、加工過(guò)程模擬和截面法驗(yàn)證等。第15頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用3）熟悉系統(tǒng)的界面和使用方法通過(guò)系統(tǒng)提供的手冊(cè)示例或教程，熟悉系統(tǒng)的操作界面和風(fēng)格，掌握系統(tǒng)的使用方法。4）了解系統(tǒng)的文件管理方式零件的數(shù)控加工程序是以文件形式存在的。在實(shí)際編程時(shí)，往往還要構(gòu)造一些中間文件，如零件模型（或加工單元）文件、工作過(guò)程文件（日志文件）、幾何元素（曲線、曲面）的數(shù)據(jù)文件、刀具文件、刀位原文件、機(jī)床數(shù)據(jù)文件等。在使用之前應(yīng)熟悉系統(tǒng)對(duì)這些文件的管理方式以及它們之間的關(guān)系。第16頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（2）零件圖及加工工藝分析1）分析待加工表面一般來(lái)說(shuō)，在一次加工中，只需對(duì)加工零件的部分表面進(jìn)行加工，主要內(nèi)容有：確定待加工表面及其約束面，并對(duì)其幾何定義進(jìn)行分析，必要時(shí)需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的預(yù)處理，要求所有幾何元素的定義具有惟一性。2）確定加工方法根據(jù)零件毛坯形狀及其約束面的幾何形態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備條件，確定零件的加工方法及所需的機(jī)床設(shè)備和工夾量具。第17頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用3）選擇合適的刀具可根據(jù)加工方法和加工表面及其約束面的幾何形態(tài)選擇合適的刀具類型及刀具尺寸。但對(duì)于某些復(fù)雜曲面零件，則需要對(duì)加工表面及其約束面的幾何形態(tài)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果才能確定刀具類型和刀具尺寸，這是因?yàn)?，?duì)于一些復(fù)雜曲面零件的加工，希望所選擇的刀具加工效率高，同時(shí)又希望所選擇的刀具符合加工表面的要求，且不與非加工表面發(fā)生干涉或碰撞。不過(guò)，在某些情況下，加工表面及其約束面的幾何形態(tài)數(shù)值計(jì)算很困難，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)選擇刀具，這時(shí)，便不能保證所選擇的刀具是合適的，在刀具軌跡生成之后，需要進(jìn)行一定的刀具軌跡驗(yàn)證。4）確定編程原點(diǎn)及編程坐標(biāo)系一般根據(jù)零件的基準(zhǔn)面（或孔）的位置以及待加工表面及其約束面的幾何形態(tài)，在零件毛坯上選擇一個(gè)合適的編程原點(diǎn)及編程坐標(biāo)系（也稱工件坐標(biāo)系）。5）確定加工路線并選擇合理的工藝參數(shù)。第18頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（3）幾何造型對(duì)待加工表面及其約束面進(jìn)行造型是數(shù)控加工編程的第一步。對(duì)于CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般可根據(jù)幾何元素的定義方式，在前述零件分析的基礎(chǔ)上，對(duì)加工表面及其約束面進(jìn)行幾何造型。幾何造型就是利用計(jì)算機(jī)輔助編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面造型等有關(guān)指令將零件被加工部位的幾何圖形準(zhǔn)確地繪制在計(jì)算機(jī)屏幕上，與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)形成零件的圖形數(shù)據(jù)文件，作為下一步刀位軌跡計(jì)算的依據(jù)。第19頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（4）刀具軌跡生成計(jì)算機(jī)輔助編程的刀具軌跡生成是面向屏幕上的圖形交互進(jìn)行的。一般可在所定義的加工表面（或加工單元）上確定其外法向矢量方向，并選擇一種進(jìn)給方式，根據(jù)所選擇的刀具（或定義的刀具）和加工參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成所需的刀具軌跡。所要求的加工參數(shù)包括：安全平面、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、切削深度、加工余量、進(jìn)刀/退刀方式等。當(dāng)然，對(duì)于某一加工方式來(lái)說(shuō)，可能只要求其中的部分加工參數(shù)。刀具軌跡生成后，若系統(tǒng)具備刀具軌跡顯示及交互編輯功能，則可以將刀具軌跡顯示出來(lái)，如果有不妥之處，可在人機(jī)交互方式下對(duì)刀具軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬇c修改。刀具軌跡計(jì)算的結(jié)果存放在刀位原文件中（.cls）。第20頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（5）刀具軌跡驗(yàn)證如果系統(tǒng)具有刀具軌跡驗(yàn)證功能，對(duì)于可能過(guò)切、干涉與碰撞的刀位點(diǎn)，采用系統(tǒng)提供的刀具軌跡驗(yàn)證手段進(jìn)行檢驗(yàn)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于非動(dòng)態(tài)圖形仿真驗(yàn)證，由于刀具軌跡驗(yàn)證需要大量應(yīng)用曲面求交算法，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，最好是在批處理方式下進(jìn)行，檢驗(yàn)結(jié)果存放在刀具軌跡驗(yàn)證文件中，供分析和圖形顯示用。（6）后置處理后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件。由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所以所用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。為解決這個(gè)問(wèn)題，軟件通常設(shè)置一個(gè)后置處理文件。在進(jìn)行后置處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)所選用的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)用其機(jī)床數(shù)據(jù)文件，運(yùn)行數(shù)控編程系統(tǒng)提供的后置處理程序，將刀位原文件轉(zhuǎn)換成適應(yīng)該數(shù)控系統(tǒng)的加工程序。第21頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.2典型零件CAD/CAM實(shí)例本節(jié)通過(guò)實(shí)例，介紹如何應(yīng)用MasterCAMX2系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造。1.加工的一般流程MasterCAM系統(tǒng)加工的一般流程是：利用CAD模塊設(shè)計(jì)產(chǎn)品的3D模型，利用CAM模塊產(chǎn)生NCI文件，通過(guò)POST后處理產(chǎn)生NC文件（數(shù)控設(shè)備可以執(zhí)行的代碼）。2.加工的工作原理下面通過(guò)一個(gè)加工實(shí)例來(lái)向用戶闡述MasterCAMX2系統(tǒng)加工的工作原理，主要包括如何產(chǎn)生合理的刀具路徑，選擇合適的POST后處理器產(chǎn)生NC程序，以及分析NC程序所代表的意義，以便用戶可以快速掌握和使用系統(tǒng)的加工命令。第22頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例根據(jù)圖8.3所示為加工的幾何圖形對(duì)象，具體操作步驟如下：（1）執(zhí)行菜單欄中的FileOpen命令，打開(kāi)文件“LI.MCX”，如圖8.3所示。第23頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例第24頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例第25頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例第26頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例第27頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例（6）在如圖8.8所示的刀具欄中選擇Φ8平銑刀，在設(shè)置刀號(hào)Tool#為1，長(zhǎng)度補(bǔ)償號(hào)Len.為1，半徑補(bǔ)償號(hào)Dia.為1，平面進(jìn)給率Feedrate為300，進(jìn)刀速率Plunge為100，轉(zhuǎn)速Spindle為2000，退刀速率Retract為1500。第28頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實(shí)例第29頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期四