【正文】 第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 自動(dòng)編程概述 零件基本幾何圖形的繪制 空間立體圖形的繪制 CAM基礎(chǔ) 2D刀路定義 3D曲面加工刀路 后置處理 車削自動(dòng)編程系統(tǒng)簡(jiǎn)介 線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)簡(jiǎn)介 思考與練習(xí)題 第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 自動(dòng)編程概述 自動(dòng)編程原理及類型 1．?dāng)?shù)控語言型批處理式自動(dòng)編程 早期的自動(dòng)編程都是編程人員根據(jù)零件圖形及加工工藝要求，采用數(shù)控語言，先編寫成源程序單，再輸入計(jì)算機(jī)，由專門的編譯程序，進(jìn)行譯碼、計(jì)算和后置處理后，自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床所需的加工程序清單，然后通過制成紙帶或直接用通訊接口，將加工程序送入到機(jī)床 CNC裝置中的。其中的數(shù)控語言是一套規(guī)定好的基本符號(hào)和由基本符號(hào)描述零件加工程序的規(guī)則，它比較接近工廠車間里使用的工藝用語和工藝規(guī)程，主要由幾何圖形定義語句、刀具運(yùn)動(dòng)語句和控制語句等三種語句組成。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 編譯程序是根據(jù)數(shù)控語言的要求，結(jié)合生產(chǎn)對(duì)象和具體的計(jì)算機(jī)，由專家應(yīng)用匯編語言或其他高級(jí)語言編好的一套龐大的程序系統(tǒng)。這種自動(dòng)編程系統(tǒng)的典型就是 APT語言。 APT語言最早于 1955年由美國研制成功，經(jīng)多次修改完善，于 20世紀(jì) 70年代發(fā)展成 APT–Ⅳ ，一直沿用至今。其他如法國的 IFAPT，德國的 EXAPT，日本的 FAPT、 HAPT以及我國的 ZCK、 SKC等都是 APT的變形。這些數(shù)控語言有的能處理 3～ 5坐標(biāo)，有的只能處理 2坐標(biāo)，有車削用的、銑削和點(diǎn)位加工用的等。這種方式的自動(dòng)編程系統(tǒng)，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的圖形處理能力較差，所以一般都無圖形顯示，不直觀，易出錯(cuò)。雖然后來增加了一些圖形校驗(yàn)功能，但還是要反復(fù)地在源程序方式和圖形校驗(yàn)方式之間來回切換，并且還需要掌握數(shù)控語言，初學(xué)者用起來總覺得不太方便。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 2．人機(jī)對(duì)話型圖形化自動(dòng)編程 在人機(jī)對(duì)話式的條件下，編程員按菜單提示的內(nèi)容反復(fù)與計(jì)算機(jī)對(duì)話，陸續(xù)回答計(jì)算機(jī)的提問。從一開始，對(duì)話方式就緊密與圖形顯示相聯(lián)，從工件的圖形定義，刀具的選擇，起刀點(diǎn)的確定，走刀路線的安排直到各種工藝指令的及時(shí)插入，全在對(duì)話過程中提交給了計(jì)算機(jī)，最后得到的是所需的機(jī)床數(shù)控程序單。這種自動(dòng)編程具有圖形顯示的直觀性和及時(shí)性，能較方便地進(jìn)行對(duì)話修改，易學(xué)且不易出錯(cuò)。圖形化自動(dòng)編程系統(tǒng)有 EZCAM、 Master CAM、 UGII、 PRO/E和 CAXA制造工程師等。本章主要介紹 Master CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 Master CAM軟件系統(tǒng)概述 Master CAM是美國 CNC Software 、集CAD/CAM于一體的一個(gè)大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)，主要用于數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)編程及其控制。因它對(duì)機(jī)器配置要求較低而得到了廣泛的應(yīng)用。該軟件采用的是圖形化自動(dòng)編程的方式，具有繪圖設(shè)計(jì)、尺寸標(biāo)注、輪廓銑削、鉆削、車削和線切割等處理技術(shù)。用戶可利用其繪圖設(shè)計(jì)功能繪制出待加工零件的圖樣，然后直接在其上進(jìn)行加工路線的描述定義，該軟件即可自動(dòng)計(jì)算處理并生成用于控制機(jī)床的數(shù)控加工程序。圖 61所示是其中 Mill 銑削模塊的結(jié)構(gòu)框架。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 圖 61 Mill模塊結(jié)構(gòu)框架第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 1．系統(tǒng)界面特點(diǎn) 當(dāng)前流行的 Master CAM是基于 Windows平臺(tái)上運(yùn)行的一套軟件系統(tǒng)。啟動(dòng) Master CAM Mill后的操作界面如圖 62所示。 Master CAM系統(tǒng)將顯示界面分割為三個(gè)區(qū)域：繪圖工作區(qū)、菜單區(qū)和系統(tǒng)回應(yīng)區(qū)。其中： ● 繪圖區(qū)是為作圖、圖形顯示、加工模擬顯示等提供演示的場(chǎng)所。可通過功能設(shè)定將其劃分為多個(gè)視區(qū)，以達(dá)到從不同的角度觀察的效果。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ● 系統(tǒng)回應(yīng)區(qū)是人機(jī)對(duì)話的場(chǎng)所，包括從系統(tǒng)中反饋的信息顯示、各種狀態(tài)顯示、錯(cuò)誤提示以和必需的鍵盤響應(yīng)，進(jìn)行中需要鍵入的數(shù)據(jù)等。 ● 菜單區(qū)共分主功能菜單區(qū)、次功能菜單區(qū)和圖標(biāo)菜單區(qū)三部分。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 圖 62 Mill模塊的操作界面第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 系統(tǒng)絕大部分功能實(shí)施都需要通過對(duì)主功能菜單的逐層調(diào)用來進(jìn)行。例如，如圖 63所示為進(jìn)行 “連續(xù)畫線 ”功能操作所需要逐層調(diào)用的菜單層次結(jié)構(gòu)。 圖 63 菜單層次結(jié)構(gòu)第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 菜單內(nèi)容的顯示始終在同一區(qū)域內(nèi)，當(dāng)要執(zhí)行某一項(xiàng)功能時(shí)，只能一層層地切換菜單項(xiàng)，操作起來很繁瑣。為使操作方便，該系統(tǒng)采用了如下幾種快捷方法。 (1) 增設(shè)次功能菜單區(qū)。主要是為對(duì)圖層操作、顏色和構(gòu)圖面等的設(shè)定方便而提供的一種快捷操作菜單項(xiàng)。用鼠標(biāo)點(diǎn)選這些菜單項(xiàng)時(shí)，有關(guān)圖層與顏色的設(shè)置是通過彈出對(duì)話框的形式進(jìn)一步操作的；而有關(guān)構(gòu)圖面等的設(shè)置，則是直接調(diào)用主菜單區(qū)來進(jìn)行的。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 (2) 增設(shè)圖標(biāo)菜單區(qū)。主要是為系統(tǒng)常用功能選用方便而提供的一些快捷操作菜單項(xiàng) 。用鼠標(biāo)點(diǎn)選某一圖標(biāo)，則相當(dāng)于打開多層菜單，直接調(diào)用底層具體執(zhí)行的功能菜單。 (3) 提供逐層回退及直接返回根菜單功能。連續(xù)點(diǎn)選 “返回上一菜單 ”項(xiàng)，可逐層回退直到根菜單；若點(diǎn)選 “回根菜單 ”項(xiàng)，則無論當(dāng)前是處于哪一個(gè)菜單層次都可直接回到根菜單。 (4) 提供快捷鍵操作。系統(tǒng)對(duì)一些常用的功能提供即時(shí)熱鍵快速調(diào)用。常用熱鍵及對(duì)應(yīng)功能見圖 64所示。新版本中因有圖標(biāo)菜單，故取消了許多熱鍵功能。 在系統(tǒng)中，可隨時(shí)按 F1功能鍵或按 ALT+H鍵，便可得到更具體的幫助。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 圖 64 常用功能鍵第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 2．系統(tǒng)的主要菜單功能 1) 主功能菜單 主功能菜單各項(xiàng)功能分別為： ● 分析 (Analyze)：將所選實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息等顯示在屏幕上，如點(diǎn)、線、弧、曲線、曲面或標(biāo)注的尺寸、文字等的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。主要用于數(shù)據(jù)查詢。 ● 繪圖 (Create)：產(chǎn)生點(diǎn)、線、弧、曲線、曲面或標(biāo)注的尺寸、文字等幾何實(shí)體，每產(chǎn)生一個(gè)實(shí)體，其數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫中并且該實(shí)體同時(shí)顯示在屏幕上。 ● 檔案 (File)：用于對(duì)圖形數(shù)據(jù)的存檔、讀出、編輯、轉(zhuǎn)換、打印和傳送輸出等的管理。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ● 修整 (Modify)：用倒圓、修剪、延伸、斷開和連接等方式修整已經(jīng)繪制的幾何實(shí)體。 ● 圖形變換 (Xform)：對(duì)已經(jīng)繪制的實(shí)體進(jìn)行對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)、比例縮放、平移和偏移等多種方式的變換，從而生成新的幾何實(shí)體。 ● 刪除 (Delete)：從屏幕上和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中刪除一個(gè)或者一組幾何實(shí)體圖素。 ● 視屏設(shè)定 (Screen)：用于改變圖形在屏幕上顯示的大小、位置等的設(shè)置，如放大、縮小、自動(dòng)調(diào)整、指定范圍等的顯示方式；顏色、圖層等的設(shè)定，還有系統(tǒng)設(shè)置等。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ● 刀具路徑 (Toolpaths)：為零件幾何圖形的輪廓銑削、鉆孔、銑槽形、字型銑削和曲面銑削等的加工定義刀具路線，產(chǎn)生NC刀具路徑。用于為數(shù)控加工的自動(dòng)編程提供數(shù)據(jù)。 ● NC公用程序 (NC Utils)：用于對(duì) NC刀具路徑數(shù)據(jù)文件進(jìn)行查詢顯示、編輯修改、加工模擬、自動(dòng)編程以及對(duì)已有數(shù)控程序文件反向進(jìn)行 NC刀具路徑的自動(dòng)生成。這一功能可用于對(duì)手工編程進(jìn)行加工模擬的校驗(yàn)。 注： Master CAM系統(tǒng)的整個(gè)菜單內(nèi)容見書后附錄 E。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 2) 次功能菜單 ● 作圖面高度 Z：用于設(shè)定當(dāng)前作圖面的高度。對(duì)曲面三維實(shí)體的構(gòu)建必不可少。 ● 作圖顏色 (Color)：用于設(shè)定當(dāng)前作圖時(shí)線條的顏色。 ● 作圖層 (Level)：用于設(shè)定當(dāng)前作圖的圖層。 Master CAM系統(tǒng)也同樣引入圖層的概念，用于存放一些具有相同屬性的圖表，以便于進(jìn)行管理。 Master CAM設(shè)定最多為 256層。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ● 刀具面 (TPlane)：用于設(shè)定當(dāng)前刀具所處的方位。對(duì)三維立體形狀工件而言，只有設(shè)置合理的刀具方位才能保證合理加工程序的產(chǎn)生。 ● 構(gòu)圖面 (CPlane)：用于設(shè)定當(dāng)前所繪圖形的空間方位。繪制三維圖形時(shí)需要及時(shí)改變構(gòu)圖面的位置，結(jié)合作圖面高度的設(shè)定可使得圖形繪制過程快捷方便。 ● 觀察面 (View)：用于改變觀察所繪圖形的視角，以獲得滿意的觀察效果。如在進(jìn)行模擬加工時(shí)將觀察面設(shè)定為 “軸測(cè)面”可得到較形象的觀察效果。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 零件基本幾何圖形的繪制 基本線圓定義 1．繪制直線 (Line)(如圖 65所示 )圖65 直線繪制方法第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 1) 水平線 (Horizontal) 畫一條水平方向的線段。 操作：先指定第一點(diǎn)，同時(shí)菜單轉(zhuǎn)為公共給點(diǎn)菜單。這時(shí)，可選擇用鍵盤輸入坐標(biāo)點(diǎn)的方式或捕捉已有點(diǎn)的方式，默認(rèn)狀態(tài)為直接用鼠標(biāo)在屏幕上點(diǎn)取一點(diǎn)，你可根據(jù)情況選擇一種取點(diǎn)方式并用鼠標(biāo)點(diǎn)取相應(yīng)的菜單項(xiàng)。 給定第一點(diǎn)后，屏幕即提示輸入第二點(diǎn)的坐標(biāo)，方法同上。然后，屏幕顯示第一點(diǎn)的 Y坐標(biāo)值，并允許輸入修改為其他值，修改或認(rèn)可回車后，即可得到由第一、二兩點(diǎn)的 X值確定左右邊界，由指定的 Y值確定上下位置的一條水平線。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 2) 垂直線 (Vertical) 畫一條垂直方向的線段。 操作：方法同水平線，只是由第一、二兩點(diǎn)的Ｙ值定上下邊界，由第一點(diǎn)的Ｘ值或輸入修改后的 X值確定左右位置的一條垂直線。 3) 兩點(diǎn)連線 (Endpoints) 由指定的兩點(diǎn)畫一條線段。 操作：先后要求指定兩點(diǎn)，點(diǎn)值可根據(jù)公共給點(diǎn)菜單的選項(xiàng)采用鍵盤輸入或捕捉得到。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 4) 連續(xù)畫線 (Multi) 畫一些首尾相接的連續(xù)線段。 操作：每一條線的畫法同兩點(diǎn)連線，只不過該方法始終是將前一條線的第二點(diǎn)作為后一條線的第一點(diǎn)，連續(xù)不停地持續(xù)下去，直到按 Esc鍵，或用鼠標(biāo)去拾取其他畫線方法而中止。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 5) 極坐標(biāo)畫線 (Polar) 畫一指定角度且定長的線段。 操作：先指定一點(diǎn)作為線段的起點(diǎn)，然后要求輸入極角和極半徑值。每次重啟系統(tǒng)或重新初始化后默認(rèn)的極角值為 0，極半徑為 25 mm；當(dāng)定義一次以后，所定義的值將作為新的默認(rèn)值為其后使用，直到再定義新值后，新值又將作為新的默認(rèn)值。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 6) 切線 (Tangent) 畫一與某圓弧相切的線段。 本畫線方式菜單還有下級(jí)菜單，即將其細(xì)分成：切角切線、公切線和點(diǎn)切線。 ① 切角切線 (Angle)：與某圓弧相切并和 X正軸夾于某角度值。 操作：先選擇并拾取相切圓弧，再接著要求輸入夾角、輸入線長 (系統(tǒng)將根據(jù)拾取點(diǎn)的位置決定兩可能切點(diǎn)中的一個(gè)切點(diǎn)。如果拾取點(diǎn)在過圓心的水平線的上方，則取上切點(diǎn)；否則，取下切點(diǎn)。若夾角為 90176。，則左右區(qū)分切點(diǎn) )，然后在屏幕上顯示出由切點(diǎn)向兩邊切向畫出的兩段切線，并提示要求在欲保留的那段切線上拾取一下，則另一段切線將自動(dòng)被舍棄。 在要求用鼠標(biāo)拾取某線圓時(shí)，若不合要求 (如離可能的線圓太遠(yuǎn)等 )則需要重試。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ② 公切線 (2 arcs)：同時(shí)切于兩圓弧的直線。 操作：要求先后選擇并拾取兩圓弧，并根據(jù)拾取點(diǎn)的位置確定幾條可能公切線中的一條。如下規(guī)定僅供參考： 上 — 上：上外公切線 下 — 下：下外公切線 上 下：內(nèi)公切線 下 — 上：內(nèi)公切線 當(dāng)對(duì)兩相交圓弧拾取時(shí)，若由于拾取點(diǎn)的位置導(dǎo)致計(jì)算在內(nèi)公切線方式上時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤提示。由于公切線的產(chǎn)生和拾取點(diǎn)的位置是有很大關(guān)系的，所以拾取時(shí)應(yīng)盡量使拾取點(diǎn)靠近所需切點(diǎn)。第 6章 微機(jī)自動(dòng)編程與應(yīng)用 ③ 點(diǎn)切線 (Point)：即過一點(diǎn)向某圓弧作切線。 操作：輸入時(shí)先提示拾取相切圓弧；然后，再提示指定該切線經(jīng)過的某點(diǎn)。最后，則要求指定該切線從切點(diǎn)處開始計(jì)量的長度 (默認(rèn)長度為指定點(diǎn)到切點(diǎn)的計(jì)算長度 )。定義完成后，則