(168)-第四章 數(shù)控機床編程 4.8 自動編程概述

第四章數(shù)控機床編程4.8自動編程概述本節(jié)目錄自動編程的概念自動編程方式的分類圖形自動編程的工作原理自動編程的基本步驟國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介自動編程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢123456

自動編程是使用計算機輔助編制數(shù)控機床零件加工程序的過程或方法。編程人員根據(jù)零件設(shè)計要求和現(xiàn)有工藝，使用自動編程軟件生成刀位數(shù)據(jù)文件CLF，再進(jìn)行后置處理，生成加工程序，然后通過磁盤、（紙帶）或通訊接口輸入數(shù)控機床。自動編程的特點

編程工作效率高，可解決手工編程無法解決的許多復(fù)雜形狀零件的編程難題。由于計算機自動編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍。自動編程時，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗程序等工作是由計算機自動完成的，由于計算機可自動繪制出刀具中心運動軌跡，使編程人員可及時檢查程序是否正確，需要時可及時修改，以獲得正確的程序。1自動編程的概念2自動編程方式的分類自動編程方式分類語言自動編程圖形自動編程

APT（AutomaticallyProgrammedTool）語言是一種對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動進(jìn)行定義時所用的一種接近英語的符號語言。例如：CUTTER/10刀具直徑10mmLN1=LINE/20，20，20，70CIR=CIRCLE/10，0，50，50，100FROM/SETPT從點SETPT開始運動FEDRAT/200進(jìn)給速度200mm/minGOTO/PT1刀具運動到點PT1的位置第六節(jié)自動編程概述2自動編程方式的分類2.1語言自動編程數(shù)控語言自動編程系統(tǒng)一般處理流程

從流程圖中可以看出，數(shù)控語言自動編程系統(tǒng)主要由零件源程序和編譯軟件組成。零件圖零件源程序翻譯計算后置處理通用計算機編譯程序（軟件程序）控制介質(zhì)2自動編程方式的分類2.1語言自動編程編程人員直接輸入各種圖形要素，建立加工對象的幾何模型，然后在模型上進(jìn)行工藝規(guī)劃、選擇刀具、確定切削用量及走刀方式，然后由計算機自動完成機床刀具運動軌跡數(shù)據(jù)的計算、加工程序的編制和控制介質(zhì)的制備(或加工程序的輸入)等工作。此外，自動編程系統(tǒng)還能對生成的程序進(jìn)行檢查與模擬仿真。不需要使用數(shù)控語言（APT源程序）；具有形象、直觀、高效等優(yōu)點。目前很多CAD/CAM軟件都是這種方式。2自動編程方式的分類2.2圖形自動編程交互式圖形自動編程軟件已成為國內(nèi)外流行的CAD/CAM軟件普遍采用的數(shù)控編程方法，圖形自動編程系統(tǒng)實現(xiàn)了從圖樣→模型→數(shù)控編程→加工的一體化，它分為三個主要處理過程：①零件幾何造型，②生成刀具路徑文件，③模擬仿真3圖形自動編程的工作原理3.1語言自動編程有三種方法獲取和建立零件幾何模型：①利用軟件本身提供的CAD設(shè)計模塊；②將其他CAD/CAM系統(tǒng)生成的圖形，通過標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口

(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，轉(zhuǎn)換成本軟件系統(tǒng)的圖形格式；③利用三坐標(biāo)測量機數(shù)據(jù)或三維多層掃描數(shù)據(jù)。3圖形自動編程的工作原理3.1零件幾何造型①根據(jù)CAM軟件要求，確定加工類型(如輪廓、點位、挖槽或曲面加工等)；②用光標(biāo)選擇加工部位，選擇走刀路線或切削方式；③選取或輸入刀具類型、刀號、刀具直徑、刀具補償號、加工余量、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、退刀安全高度、粗(精)切削次數(shù)及余量、刀具半徑長度補償狀況、進(jìn)退刀延伸線值等加工所需的全部工藝切削參數(shù)；④自動編程系統(tǒng)根據(jù)零件幾何模型和工藝參數(shù)，生成刀具運動軌跡數(shù)據(jù)，即刀位文件。注意：刀位文件是中性文件，與數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床無關(guān)!3圖形自動編程的工作原理3.2生成刀具路徑后置處理后置處理的目的是將刀位文件生成針對某一特定數(shù)控裝置的加工程序。①不同數(shù)控裝置的指令格式不盡相同，因此自動編程系統(tǒng)需提供針對不同數(shù)控裝置的專用或通用后置處理文件；②早期的后置處理文件不開放，用戶無法修改；目前大多數(shù)CAD/CAM軟件提供開放式的通用后置處理文件；模擬仿真模擬顯示刀具運動的加工軌跡，可以直觀地檢查編程過程中可能出現(xiàn)的錯誤。3圖形自動編程的工作原理3.3后置處理、模擬仿真基于CAD/CAM軟件的數(shù)控自動編程的基本步驟如下圖所示：加工零件及其工藝分析加工部位建模工藝參數(shù)輸入刀具軌跡生成與編輯后置處理加工程序輸出刀具軌跡驗證、仿真錯誤4自動編程的基本步驟與手動編程一樣，加工零件及其工藝分析是數(shù)控編程的基礎(chǔ)。目前這項工作主要還需人工來做，隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，將逐漸由CAPP或借助CAPP來完成。主要任務(wù)有：①零件幾何尺寸、公差及精度要求的核準(zhǔn)；②確定加工方法、工夾量具及刀具；③確定編程原點及編程坐標(biāo)系；④

確定走刀路線及工藝參數(shù)。4自動編程的基本步驟4.1加工零件及其工藝分析與前述相同，有三種方法獲取和建立零件幾何模型：①利用軟件本身提供的CAD設(shè)計模塊；②將其他CAD/CAM系統(tǒng)生成的圖形，通過標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，轉(zhuǎn)換成本軟件系統(tǒng)的圖形格式；③利用三坐標(biāo)測量機數(shù)據(jù)或三維多層掃描數(shù)據(jù)。4自動編程的基本步驟4.2加工部位造型將工藝分析中的工藝參數(shù)輸入到自動編程系統(tǒng)中，常見的工藝參數(shù)有：①刀具類型、尺寸與材料；②切削用量，如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度及加工余量等；③毛坯信息，如尺寸、材料等；④

其他信息，如安全平面、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、進(jìn)退刀方式、走刀方式、冷卻方式等。4自動編程的基本步驟4.3工藝參數(shù)輸入刀具軌跡生成與編輯自動編程系統(tǒng)將根據(jù)幾何信息與工藝信息，自動完成基點和節(jié)點計算，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行編排，形成刀位數(shù)據(jù)；刀位軌跡生成后，自動編程系統(tǒng)將刀具軌跡顯示出來，如果有不合適的地方，可在人工交互方式下對刀具軌跡進(jìn)行編輯與修改。刀具軌跡的驗證與仿真自動編程系統(tǒng)提供驗證與仿真模塊，可以檢查刀具軌跡的正確性與合理性。驗證模塊指通過模擬加工過程來檢驗加工中是否過切，刀具與約束面是否發(fā)生干涉與碰撞等；仿真模塊是將加工過程中的零件模型、機床模型、夾具模型及刀具模型用圖形動態(tài)顯示出來，基本具有試切加工的效果。4自動編程的基本步驟4.4刀具軌跡處理后置處理將刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控裝置能接受的數(shù)控加工程序。加工程序輸出①將加工程序利用打印機打印清單，供人工閱讀；②將加工程序存入存儲介質(zhì)，包括穿孔紙帶、磁盤、光盤和U盤等，用于保存或轉(zhuǎn)移到數(shù)控機床上使用；③通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口，將加工程序直接送給數(shù)控裝置。4自動編程的基本步驟4.5后置處理、程序輸出5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介國內(nèi)外典型CAM軟件Creo軟件UG軟件CATIAMasterCAMCAXACreo是整合了美國PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司的三個軟件Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)、CoCreate的直接建模技術(shù)和ProductView的三維可視化技術(shù)的新型CAD設(shè)計軟件包，是PTC公司閃電計劃所推出的第一個產(chǎn)品,是目前專業(yè)設(shè)計人員廣泛使用的軟件之一。Creo被廣泛地應(yīng)用于機械、電子、工業(yè)造型、航空航天與家電等領(lǐng)域，已經(jīng)成為“信息化帶動工業(yè)化”的重要工具軟件。它集零件設(shè)計、裝配、工程圖、鈑金設(shè)計、模具設(shè)計、NC加工、造型設(shè)計、逆向工程、運動模擬以及有限元分析等功能于一體，涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計制造的全過程，功能強大，逐漸成為了業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn)。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件(1).軟件的三維造型功能產(chǎn)品造型功能具有以下特性：①單一數(shù)據(jù)庫，使得整個設(shè)計過程中任何一處改動，可以反應(yīng)在整個設(shè)計制造的相關(guān)環(huán)節(jié)上；②特征功能和參數(shù)化設(shè)計，軟件就是采參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)。第六節(jié)自動編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件定義截面輪廓；對草圖施加尺寸約束和幾何約束。二維草圖拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、混成等?；咎卣髑懈?、打孔、拔模斜度、倒斜角、倒圓角、抽殼、陣列、復(fù)制等。設(shè)計特征修改草圖、修改特征、修改各類參數(shù)。修改特征動態(tài)觀察、渲染處理等。三維實體幾何造型過程第六節(jié)自動編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件(2).軟件的CAM功能建立數(shù)控加工模型創(chuàng)建操作定義機床創(chuàng)建夾具創(chuàng)建坐標(biāo)系創(chuàng)建數(shù)控加工軌跡創(chuàng)建退刀面其它（材料去除，刀位數(shù)據(jù)文件以及后置處理等）第六節(jié)自動編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件UG：

Unigraphics是美國UnigraphicsSolution公司開發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數(shù)化軟件，現(xiàn)被西門子公司收購，是當(dāng)今最先進(jìn)的計算機輔助設(shè)計、分析和制造的軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件在CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位，產(chǎn)生于美國麥道飛機公司，是飛機零件數(shù)控加工首選編程工具。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.2UG軟件Catia是法國達(dá)索（Dassault））公司推出的產(chǎn)品，法制幻影系列戰(zhàn)斗機、波音737、777的開發(fā)設(shè)計均采用Catia。CATIA據(jù)有強大的曲面造型功能，在所有的CAD三維軟件位居前列，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空航天企業(yè)、研究所，以逐步取代UG成為復(fù)雜型面設(shè)計的首選。CATIA具有較強的編程能力，可滿足復(fù)雜零件的數(shù)控加工要求。目前一些領(lǐng)域采取CATIA設(shè)計建模，UG編程加工，二者結(jié)合，搭配使用。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.3CATIA軟件Mastercam是美國CNC軟件公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。它集二維繪圖，三維實體，曲面設(shè)計，數(shù)控編程，刀具路徑模擬等功能于一身，對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低。MasterCam具有較強的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多種選擇方式，可以滿足復(fù)雜零件的曲面加工要求，同時具備多軸加工功能。由于價格低廉，性能優(yōu)越，成為國內(nèi)民用行業(yè)數(shù)控編程軟件的首選。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.4MasterCAMCAXA制造工程師是北京北航海爾軟件有限公司推出一款全國產(chǎn)化的CAD／CAM產(chǎn)品，為國產(chǎn)CAD／CAM軟件在國內(nèi)CAM市場中占據(jù)了一席之地。作為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域自主知識產(chǎn)權(quán)軟件優(yōu)秀代表和知名品牌，CAXA已經(jīng)成為我國CAD/CAM/PDM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者和主要供應(yīng)商。CAXA制造工程師是一款面向數(shù)控車床、二至五軸數(shù)控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的車削/銑削/鉆削數(shù)控加工編程軟件。該軟件性能優(yōu)越，價格適中，在國內(nèi)市場頗受歡迎。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.5CAXA1從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，將趨于模塊化。根據(jù)用戶不同，選擇不同模塊組成專用系統(tǒng)，使效率更高，實用性更強，從而解決大而全與小而專的矛盾。2從加工角度來看，系統(tǒng)中工藝處理能力將逐步得到加強，使自動編程從僅僅代替人進(jìn)行數(shù)學(xué)計算與編寫程序單擴(kuò)展到數(shù)控程序編制的全過程。3從系統(tǒng)輸入角度看，將逐步由面向點、線、面等幾何要素發(fā)展到面向面、孔、槽等工程要素。系統(tǒng)造型將更加豐富、算法更先進(jìn)、理論更完善、誤差更小。4系統(tǒng)的集成化：CAM應(yīng)與CAD（計算機輔助設(shè)計）、CAPP（計算機輔助工藝過程設(shè)計）、CAT（計算機輔助檢測）一體化，使產(chǎn)品從設(shè)計到制造全過程更系統(tǒng)、更科學(xué)。6自動編程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢5系統(tǒng)的智能化與自動化：隨著人工智能等技術(shù)的引進(jìn)，使自動編程系統(tǒng)具有一定的智能，從而使人工參與更少，系統(tǒng)自動化進(jìn)一步提高。6系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化：數(shù)控自動編程系統(tǒng)能隨時與設(shè)計系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)相溝通（得到相關(guān)信息并可以進(jìn)行一定的反饋），能通過系統(tǒng)中的通訊軟件及DNC軟件將生