《數(shù)控加工編程及操作》第6章：自動編程

第6章 自動編程,（時間：3次課，6學(xué)時）,第6章 自動編程,教學(xué)目標(biāo)： 自動編程是從零件的設(shè)計模型(或幾何圖樣)獲得數(shù)控加工程序的全部過程。其主要任務(wù)是編程人員在對加工對象和工藝要求進(jìn)行仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上，借助CAD/CAM系統(tǒng)的交互式編程功能，對零件進(jìn)行幾何造型，確定工藝步驟，輸入加工參數(shù)，系統(tǒng)自動生成刀具運動軌跡，并經(jīng)后置處理輸出零件加工程序。同時，由于在計算機上能夠自動進(jìn)行走刀軌跡的模擬，所以能夠及時檢查程序是否有錯并進(jìn)行修改。 通過本章的學(xué)習(xí)，要求讀者了解自動編程的發(fā)展過程，掌握自動編程的方法和步驟，熟練應(yīng)用CAXA-ME軟件系統(tǒng)進(jìn)行自動編程，完成數(shù)控加工。,第6章 自動編程,教學(xué)重點和難點： 零件的加工造型。 刀具軌跡的生成方法。,第6章 自動編程,6.1 自動編程的發(fā)展 6.2 自動編程系統(tǒng)簡介 6.3 CAXA-ME的基本概念 6.4 加工模型的創(chuàng)建 6.5 平面輪廓與平面區(qū)域加工 6.6 曲 面 加 工 6.7 粗 加 工 6.8 軌 跡 仿 真 6.9 后 置 處 理 6.10 機 床 通 信 6.11 實訓(xùn) 6.12 習(xí) 題,6.1 自動編程的發(fā)展,通常，自動編程是指用計算機和編程軟件進(jìn)行編程。目前，交互式圖形編程是普遍采用的自動編程方法。 數(shù)控編程經(jīng)歷了手工編程、APT語言編程和交互式圖形編程3個發(fā)展階段。 手工編程是利用一般的計算工具，通過各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行刀具軌跡的運算，并編制指令。這種方式比較簡單，很容易掌握，適應(yīng)性較強。可用于復(fù)雜程度低，計算量不大的零件編程，是最早發(fā)展的編程方法，也是其他編程方法的基礎(chǔ)。 自動編程技術(shù)源于20世紀(jì)50年代，美國麻省理工學(xué)院研制出APT(自動編程工具)自動編程系統(tǒng)。該系統(tǒng)是世界上開發(fā)最早、功能齊全并在當(dāng)時使用普遍的自動編程系統(tǒng)。由于受當(dāng)時計算機技術(shù)的限制，無法在計算機上生成零件圖形來進(jìn)行自動編程。因此使用APT系統(tǒng)前，需要用一種專用數(shù)控編程語言來描述零件的加工過程，即編制一個零件加工源程序。該程序不同于手工編制的加工程序，它不能直接控制機床，必須經(jīng)過計算機編譯程序的處理，才能生成加工程序。零件加工的源程序所使用的數(shù)控語言又稱為APT語言。使用APT語言編程方法直觀性差，編程過程繁瑣而復(fù)雜。 近年來，隨著CAD/CAM一體化技術(shù)的發(fā)展和推廣，極大地提高了產(chǎn)品設(shè)計和自動編程的效率與質(zhì)量。CAD/CAM軟件已成為數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的主流。這些軟件具有生動的圖形顯示功能，友好的人機界面，智能化的操作命令，可以用人機交互方式對零件的幾何模型進(jìn)行繪制、編輯和修改，從而得到零件的幾何模型。然后對機床和刀具進(jìn)行定義和選擇，確定刀具相對于零件表面的運動方式、切削加工參數(shù)，生成刀具軌跡。最后經(jīng)過后置處理，即按照特定機床規(guī)定的文件格式生成加工程序。通常軟件還具有加工軌跡的仿真功能，以用于驗證走刀軌跡和加工程序的正確性。使用這類軟件通過交互式圖形生成的方法把零件幾何信息、拓?fù)湫畔?、工藝信息輸入計算機，對加工程序的生成和修改都非常方便，大大提高了編程效率。另一方面，由于交互式圖形輸入的直觀性和易操作性，可以使編程操作中的失誤大幅度地減少。,6.2 自動編程系統(tǒng)簡介,6.2.1 自動編程的方法與過程 6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,6.2 自動編程系統(tǒng)簡介,自動編程是借助計算機和CAD/CAM自動編程系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)控加工編程的方法。自動編程時，大部分編程工作由計算機來完成，這樣不但提高了編程效率，還解決了手工編程無法解決的復(fù)雜零件的加工編程問題。自動編程系統(tǒng)的功能對編程的質(zhì)量和效率是至關(guān)重要的。自動編程系統(tǒng)技術(shù)水平的提高是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要方面。,6.2.1 自動編程的方法與過程,1CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能 一個典型的CAD/CAM集成系統(tǒng)，一般應(yīng)具備以下幾大功能模塊。 (1) 造型設(shè)計功能。包括二維草圖設(shè)計、曲面設(shè)計、實體和特征設(shè)計、曲線曲面的編輯。對于型腔模具CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)來說，型腔和型芯的自動生成具有十分重要的意義。 (2) 在三維幾何造型設(shè)計的基礎(chǔ)上，自動生成二維工程圖的功能。對于單一功能的數(shù)控編程系統(tǒng)，二維工程圖功能不一定是必須的。 (3) 數(shù)控加工編程、刀具軌跡生成、刀具軌跡編輯、刀具軌跡驗證和通用后置處理等。 刀具軌跡生成模塊直接采用幾何模型中的幾何信息，根據(jù)所選用的刀具及加工方式進(jìn)行刀位計算，生成數(shù)控加工刀具軌跡。,6.2.1 自動編程的方法與過程,2自動編程的步驟 目前，國內(nèi)外圖形交互式自動編程軟件的種類很多，但其編程的基本原理和過程大體相同。編程人員應(yīng)遵循一定的步驟進(jìn)行編程工作，自動編程的主要步驟和工作內(nèi)容如下。 (1) 分析加工零件。 根據(jù)被加工零件的圖樣和數(shù)控加工工藝要求，分析待加工表面及約束面，確定所需的機床設(shè)備、零件的加工方法、裝夾方法及工夾量具。 確定編程原點及編程坐標(biāo)系。一般根據(jù)零件的基準(zhǔn)的位置以及待加工表面的幾何形態(tài)，在零件毛坯上選擇一個合適的編程原點及編程坐標(biāo)系(也稱為工件坐標(biāo)系)。設(shè)置加工零件毛坯尺寸，確定對刀點和刀具原點位置。 (2) 幾何造型。利用CAD/CAM軟件的曲線、曲面造型、實體造型等功能繪制零件加工圖形(2D或3D圖形)，與此同時，在計算機內(nèi)自動生成零件的圖形文件，作為下一步刀具軌跡設(shè)計的依據(jù)。 (3) 確定刀具和加工參數(shù)。確定所需刀具數(shù)量、刀具種類，設(shè)置刀具參數(shù)和走刀路線。設(shè)置不同加工種類的特性參數(shù)。 (4) 生成刀具軌跡并作適當(dāng)編輯與修改。根據(jù)所選擇的刀具和加工參數(shù)，系統(tǒng)自動生成刀具軌跡，對于刀具軌跡不合適的地方，要用人工交互方式進(jìn)行編輯和修改。刀具軌跡計算的結(jié)果存放在刀位源文件之中。 (5) 刀具軌跡模擬與驗證。利用CAD/CAM軟件的刀具軌跡驗證功能，可以對可能過切、干涉與碰撞的刀位點進(jìn)行檢驗。 (6) 后置處理。運行數(shù)控編程系統(tǒng)提供的后置處理程序，生成加工程序單(G代碼)。 (7) 根據(jù)不同的數(shù)控系統(tǒng)對G代碼作適當(dāng)修改。 (8) 將正確的G代碼傳送到數(shù)控系統(tǒng)。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,1. UG與UG NX軟件系統(tǒng) UG由美國UGS(Unigraphics Solutions)公司開發(fā)的CAD/CAM/CAE一體化軟件，它的功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過程，廣泛應(yīng)用在航空、汽車、機械、電器電子等工業(yè)領(lǐng)域。 UG有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計功能，無論裝配圖還是零件圖設(shè)計，都是從三維實體造型開始的，可視化程度很高，三維實體生成后，可自動生成二維視圖。其三維CAD有參數(shù)化修改功能，一個零件的尺寸修改可致使相關(guān)零件的變化。在設(shè)計過程中可進(jìn)行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計的可靠性。 UG系統(tǒng)具有豐富的數(shù)控加工編程能力，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品的加工，是目前市場上數(shù)控加工編程能力最強的CAD/CAM集成系統(tǒng)，其加工編程功能包括：車削加工、型芯和型腔銑削、平面銑削、定軸銑削、自動清根、可變軸銑削、順序銑削、線切割、刀具軌跡編輯、驗證、仿真、后置處理等等。UG軟件經(jīng)營與開發(fā)經(jīng)歷了數(shù)次變遷與合并，其最新版本為UG NX。UG NX提供了一種面向產(chǎn)品生命周期管理的有效解決方案，包括實體造型、有限元分析和CN編程等方面的工作都有過人之處。 UG NX提出以下幾點創(chuàng)新。 (1) 知識驅(qū)動自動化?？梢詮膹?fù)雜產(chǎn)品中找出可復(fù)用的工程信息。 (2) 集成化協(xié)同環(huán)境。可以很好地把設(shè)計團(tuán)隊的理念表達(dá)出來。 (3) 開放設(shè)計系統(tǒng)。實現(xiàn)整個供應(yīng)鏈中的無縫信息通信。 (4) 各種生產(chǎn)過程驗證手段。把面向制造擴展到面向整個工程生命周期，從概念設(shè)計到最終產(chǎn)品均集中在一個集成化數(shù)字環(huán)境中完成建模、仿真、優(yōu)化、歸檔、組裝及測試 工作。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,2Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER是美國PTC公司開發(fā)的世界著名的3D CAD/CAM/CAE軟件。Pro/ENGINEER是高度集成的面向產(chǎn)品設(shè)計的大型軟件，它開創(chuàng)了三維CAD/CAM參數(shù)化的先河，其全參數(shù)化思想關(guān)聯(lián)了產(chǎn)品開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)。該軟件集成了零件設(shè)計、裝配、模具生成、NC加工、造型設(shè)計、逆向工程、工程仿真與分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等眾多功能于一身，并具有較好的二次開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)交換能力。 Pro/ENGINEER系統(tǒng)的核心技術(shù)具有以下特點。 (1) 基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸作為可變參數(shù)，進(jìn)而形成實體，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)建。 (2) 全尺寸約束。將形狀和尺寸結(jié)合起來考慮，通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制。 (3) 尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。通過編輯尺寸數(shù)值可以改變幾何形狀。 (4) 全數(shù)據(jù)相關(guān)。尺寸參數(shù)的修改導(dǎo)致其他模塊中的相關(guān)尺寸得以更新。如果要修改零件的形狀，只需修改一下零件上的相關(guān)尺寸。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,3CATIA CATIA是法國達(dá)索飛機公司開發(fā)的CAD/CAM軟件。CATIA軟件因有較強大的曲面設(shè)計功能而在飛機、汽車、輪船等設(shè)計領(lǐng)域享有較廣泛的應(yīng)用。CATIA采用特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，允許自動指定或由用戶指定參數(shù)化設(shè)計、幾何或功能化約束的變量式設(shè)計。CATIA的曲面造型功能提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。例如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數(shù)能達(dá)到15，能滿足特殊行業(yè)對曲面光滑性的苛刻要求。 CATIA(NC MILL)系統(tǒng)具有菜單接口和刀具軌跡驗證能力，其主要編程功能除了常用的多坐標(biāo)點位加工編程、表面區(qū)域加工編程、輪廓加工編程、型腔加工編程外，還有以下特點。 (1) 在型腔加工編程功能上，采用掃描原理對帶島嶼的型腔進(jìn)行行切法編程；對不帶島嶼的任意邊界型腔(即不限于凸邊界)進(jìn)行環(huán)切法編程。 (2) 在雕塑曲面區(qū)域加工編程功能上，可以連續(xù)對多個零件面編程，生成刀具軌跡的功能。 目前CATIA系統(tǒng)已發(fā)展成從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品分析、加工、裝配和檢驗，到過程管理、虛擬運作等眾多功能的大型CAD/CAM/CAE軟件。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,4Mastercam Mastercam是美國CNC Software公司所研制開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)。該軟件側(cè)重于數(shù)控加工，它具有很強的加工功能，尤其在對復(fù)雜曲面自動生成加工代碼方面，具有獨到的優(yōu)勢。Mastercam軟件的操作功能簡便實用，其CAM主要功能有：二維外形銑削挖槽和鉆孔，二維挖槽殘料加工，實體刀具模擬；二至五軸單一曲面粗加工、沿面加工、投影加工；二至五軸直紋曲面、掃描曲面、旋轉(zhuǎn)曲面加工；三維曲線、曲面粗精加工；三維固定Z軸插削加工；三維沿面夾角清角加工；刀具軌跡編輯、干涉處理、驗證和仿真。Mastercam還提供多種圖形文件接口。因此該軟件被認(rèn)為是一個圖形交互式CAM數(shù)控編程系統(tǒng)。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,5Cimatron Cimatron軟件是以色列Cimatron公司以航天科技研發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來，是面向工模具行業(yè)提供的完全整合的CAD/CAM系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)輸入到模型輸出的全自動化的操作過程。它的CAD部分支持復(fù)雜曲線和復(fù)雜曲面造型及結(jié)合實體功能的混合造型。它的NC模塊具有智能化，能對工件上符合一定幾何或技術(shù)規(guī)則的區(qū)域進(jìn)行加工，并指示系統(tǒng)如何進(jìn)行切削，還能夠?qū)嶓w和曲面的混合模型進(jìn)行加工。該軟件還具有各種通用和專用的數(shù)據(jù)接口及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等功能。,6.2.2 常見的幾種CAD/CAM軟件介紹,6CAXA制造工程師(CAXA-ME) CAXA-ME是由北京北航海爾軟件有限公司研制開發(fā)面向數(shù)控銑床和加工中心的三維CAD/CAM軟件，采用原創(chuàng)Windows菜單和交互方式，全中文功能界面。CAXA-ME不僅具有豐富造型的設(shè)計功能，能快速地創(chuàng)建復(fù)雜的三維模型，還具有優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工功能，可快速生成二至五軸的刀具軌跡和加工代碼，可加工具有復(fù)雜三維曲面的零件。另外該軟件支持高速加工，能對刀具軌跡進(jìn)行參數(shù)化軌跡編輯和批處理，可通過仿真檢驗數(shù)控代碼的正確性，其后置處理功能適用于各種數(shù)控系統(tǒng)，并提供了強大的數(shù)據(jù)接口。該軟件還有易學(xué)易用的特點，價格較低。因此，在國內(nèi)被眾多企業(yè)和研究院所應(yīng)用。,6.3 CAXA-ME的基本概念,6.3.1 CAXA-ME的工作界面 6.3.2 CAXA-ME基本操作,6.3 CAXA-ME的基本概念,正如前面所介紹的，CAXA-ME由于功能強、易學(xué)易用等特點已在國內(nèi)眾多企業(yè)、院校以及研究機構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。本章以CAXA-ME軟件介紹零件的自動編程。,6.3.1 CAXA-ME的工作界面,如圖6.2所示是CAXA-ME的工作界面。該軟件用戶界面采用了友好的Windows風(fēng)格，各種應(yīng)用功能通過菜單和工具欄驅(qū)動；狀態(tài)欄指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作并提示當(dāng)前狀態(tài)和所處位置；狀態(tài)樹記錄了操作過程和相互關(guān)系；功能區(qū)顯示各種功能操作的結(jié)果。同時，功能區(qū)和狀態(tài)樹為用戶實現(xiàn)功能而提供數(shù)據(jù)的交互。,6.3.1 CAXA-ME的工作界面,圖6.2 CAXA-ME工作界面,6.3.1 CAXA-ME的工作界面,1. 繪圖區(qū) 2. 主菜單 3. 立即菜單 4. 快捷菜單 5. 對話框 6. 工具欄 7. 點工具菜單 8. 矢量工具 9. 拾取工具,6.3.2 CAXA-ME基本操作,雙擊CAXA-ME圖標(biāo)后即可進(jìn)入系統(tǒng)，此時會出現(xiàn)用戶工作界面。 1. 操作指令的輸入 進(jìn)入工作界面后，可以通過兩種方式進(jìn)行操作： 通過下拉菜單選取操作命令； 用鼠標(biāo)左鍵單擊圖標(biāo)進(jìn)行操作。 2. 鼠標(biāo)、鍵盤和功能熱鍵 鼠標(biāo)：單擊鼠標(biāo)左鍵可以激活菜單、確定位置點、拾取元素等。單擊鼠標(biāo)右鍵用來確認(rèn)拾取、結(jié)束操作、終止命令、彈出快捷菜單。 回車鍵(Enter鍵)和數(shù)值鍵：在系統(tǒng)要求輸入點或半徑時，回車鍵和數(shù)值鍵可以激活一個坐標(biāo)和數(shù)值輸入框，在輸入框中可以輸入坐標(biāo)值或半徑數(shù)值。 空格鍵(Space鍵)：在系統(tǒng)要求輸入點時，按空格鍵可以彈出點工具菜單。 功能熱鍵。 F5鍵：將界面切換至XOY面，同時將顯示屏幕置為XOY面。 F6鍵：將界面切換至YOZ面，同時將顯示屏幕置為YOZ面。 F7鍵：將界面切換至XOZ面，同時將顯示屏幕置為XOZ面。 F8鍵：顯示軸側(cè)圖，以軸側(cè)圖方式顯示圖形。 F9鍵：切換當(dāng)前面。將當(dāng)前面在XOY、YOZ、XOZ之間進(jìn)行切換，但不改變顯示平面。 Shift+方向鍵或Shift+鼠標(biāo)左鍵：顯示旋轉(zhuǎn)。 方向鍵：顯示平移。 Page UP、Page Down或Ctrl+方向鍵或Shift+鼠標(biāo)右鍵：顯示放大、縮小。,6.3.2 CAXA-ME基本操作,3. 坐標(biāo)系和當(dāng)前面 (1) 工作坐標(biāo)系：用戶建立模型時的參考坐標(biāo)系。系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系叫做絕對坐標(biāo)系，用戶自定義的坐標(biāo)系叫做工作坐標(biāo)系或用戶坐標(biāo)系。用戶可以任意設(shè)定當(dāng)前工作坐標(biāo)系。 (2) 當(dāng)前工作坐標(biāo)系：用戶正在使用的坐標(biāo)系，所有的輸入均針對當(dāng)前工作的坐標(biāo)系而言。區(qū)別于其他的坐標(biāo)系，當(dāng)前工作的坐標(biāo)系用紅色表示。用戶可以通過激活坐標(biāo)系命令在各坐標(biāo)系間切換。 (3) 當(dāng)前面：當(dāng)前工作坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)面XOY、YOZ、XOZ中的一個用來作為當(dāng)前操作所依賴的平面，例如用“圓心半徑”生成圓時，需要定義一個平面。當(dāng)前面在當(dāng)前工作坐標(biāo)系中用紅色斜線標(biāo)識。用戶可以在當(dāng)前工作坐標(biāo)系下任意設(shè)置當(dāng)前面。 (4) 顯示平面：CAXA-ME是一個三維系統(tǒng)，有時需要在給定的平面上觀察圖形的狀態(tài)，即將圖形投影到指平面上進(jìn)行顯示，該平面稱為顯示平面。顯示平面可以與當(dāng)前面相同，如用功能鍵F5、F6、F7切換時，當(dāng)前面與顯示面同時變化。顯示平面與當(dāng)前面也可以不同，如用功能鍵F9切換當(dāng)前面時，顯示平面不發(fā)生變化。,6.3.2 CAXA-ME基本操作,4. 坐標(biāo)系點的輸入 用戶定義的用戶坐標(biāo)系是當(dāng)前工作坐標(biāo)系，在當(dāng)前坐標(biāo)系下輸入的坐標(biāo)為絕對坐標(biāo)。點的絕對坐標(biāo)的輸入的格式為：X，Y，Z，可直接通過鍵盤輸入。如果省略Z坐標(biāo)，輸入格式為：X，Y，系統(tǒng)認(rèn)為Z坐標(biāo)值為0,0。如果輸入格式為：X，Y，Z則為點的相對坐標(biāo)。,6.4 加工模型的創(chuàng)建,6.4.1 線框模型 6.4.2 曲面模型 6.4.3 實體模型 6.6.4 導(dǎo)動加工,6.4 加工模型的創(chuàng)建,零件模型的創(chuàng)建分為設(shè)計造型和加工造型。零件設(shè)計造型的目的是通過造型構(gòu)建組成零件的幾何要素。零件的加工造型則是通過造型構(gòu)建加工表面的幾何模型，來加工零件的表面，作為CAM的程序編制的對象。,6.4.1 線框模型,線框模型用空間的線條構(gòu)成物體的立體圖，它由許多線型元素互連而成，組成線型框架。線框模型僅定義出產(chǎn)品的基本輪廓，不表示產(chǎn)品的表面和內(nèi)部形體。線框的定義過程簡單，符合人們的設(shè)計習(xí)慣。很多復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計中往往是先用線條勾畫出基本輪廓，然后逐步細(xì)化?？梢哉f，方便靈活的線框功能是進(jìn)一步創(chuàng)建曲面模型和實體模型的基礎(chǔ)，有時還可以由線框模型直接生成刀具路徑。生成線框模型是先繪制曲線，再對曲線進(jìn)行編輯和修改，以及進(jìn)行空間幾何變換，從而完成加工造型。,6.4.1 線框模型,1. 曲線的繪制 CAXA-ME中，提供的曲線繪制方法包括：繪制直線、圓弧、圓、橢圓、樣條線、點、文字、公式曲線、多邊形、二次曲線、等距線、草圖曲線、曲線投影和相關(guān)線等。對曲線進(jìn)行編輯則包括：曲線裁剪、曲線拉伸、曲線組合、曲線打斷和曲線過渡五種功能。 草圖曲線、曲線投影、相關(guān)線是與曲面造型、實體造型有關(guān)的功能。草圖曲線是為特征造型準(zhǔn)備的一個平面封閉圖形，是特征造型的一個步驟。 曲線投影是空間曲線沿某一方向向一個作實體的基準(zhǔn)面投影，是草圖狀態(tài)下的一項功能。相關(guān)線包括曲面或?qū)嶓w的交線、參數(shù)線、法線、投影線和邊界線。具體操作請參看6.4.3節(jié)“實體模型”的實例。,6.4.1 線框模型,2. 幾何變換 幾何變換包括平移、平面旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、平面鏡像、鏡像、陣列和縮放七種功能。幾何變換僅用于對曲線、曲面進(jìn)行編輯，對實體造型無效。,6.4.2 曲面模型,曲面模型著重于描述具有一定光滑程度的曲面外形。把線框模型中的某些棱邊包圍的部分定義為面，達(dá)到創(chuàng)建曲面模型的目的。這種方法能較精確地定義產(chǎn)品的外部幾何形狀，使產(chǎn)品的三維表示具有一定的嚴(yán)密性和完整性。 CAXA-ME提供了10種曲面造型手段即：直紋面、旋轉(zhuǎn)面、掃描畫、邊界面、放樣面、網(wǎng)格面、導(dǎo)動面、等距面、平面和實體表面。構(gòu)造完決定曲面形狀的關(guān)鍵線框后，就可以在線框基礎(chǔ)上，選用各種曲面的生成和編輯方法，在線框上構(gòu)造所需定義的曲面來描述零件的外表面。,6.4.2 曲面模型,1. 曲面模型的創(chuàng)建 1) 掃描面 生成掃描面的方法是按照給定的起始位置和掃描距離將曲線沿指定方向掃描生成曲面，如圖6.13(b)所示。,6.4.2 曲面模型,圖6.13 生成掃描面,6.4.2 曲面模型,2. 曲面的編輯 CAXA-ME系統(tǒng)中提供了五種曲面編輯功能，即：曲面裁剪、曲面過渡、曲面縫合、曲面拼接和曲面延伸，是該軟件的重要功能。,6.4.2 曲面模型,3. 曲面模型操作實例 操作實例6-10：根據(jù)如圖6.29所示的線框模型，創(chuàng)建曲面模型，作圖步驟如下。 (1) 作出四個矩形平面。單擊曲面生成工具欄的【邊界面】圖標(biāo)，選擇【四邊面】，依次拾取每個矩形面的四條輪廓線，結(jié)果如圖6.30所示。 (2) 作出四個三角形平面。單擊曲面生成工具欄上的【直紋面】按鈕(圖標(biāo))，拾取【第一條直線】，再拾取【第二條直線】，依次作出四個三角形面，如圖6.31所示。 (3) 作出四個連接曲面。單擊曲面生成工具欄上的【邊界面】，選擇【三邊面】，依次拾取連接曲面的三條邊界線，完成曲面造型，如圖6.32所示。,6.4.2 曲面模型,圖6.29 線框模型,6.4.2 曲面模型,圖6.30 作出四個矩形平面,6.4.2 曲面模型,圖6.31 作出四個三角形面,6.4.2 曲面模型,圖6.32 作出四個連接曲面,6.4.3 實體模型,三維實體造型是通過造型方法直接生成實體模型。CAXA-ME提供了多種實體造型的方法，如：拉伸增料、拉伸除料、旋轉(zhuǎn)增料、旋轉(zhuǎn)除料、放樣增料、放樣除料、導(dǎo)動增料、導(dǎo)動除料、曲面加厚增料、曲面加厚除料、曲面剪裁等。也可以對已存在的實體進(jìn)行編輯操作進(jìn)行特征處理。如：過渡、倒角、打孔、拔模、抽殼、筋板、陣列特征、布爾運算等，生成更復(fù)雜的實體。實體造型的一般過程如下。,6.4.3 實體模型,1. 創(chuàng)建草圖 2. 創(chuàng)建特征 3. 特征處理 4實體模型操作實例,6.5 平面輪廓與平面區(qū)域加工,6.5.1 平面輪廓加工 6.5.2 平面區(qū)域加工 6.5.3 平面區(qū)域加工操作實例,6.5 平面輪廓與平面區(qū)域加工,平面輪廓加工用于加工封閉和不封閉的輪廓；平面區(qū)域加工用于加工某一范圍的平面區(qū)域，在介紹這兩種加工方法之前，首先介紹幾個概念。,6.5.1 平面輪廓加工,平面輪廓加工即刀具沿著平面輪廓運動進(jìn)行切削加工。這種加工方式還可以指定拔模斜度用以加工拔模面。,6.5.2 平面區(qū)域加工,平面區(qū)域加工即刀具對封閉輪廓內(nèi)的平面區(qū)域進(jìn)行切削加工，其內(nèi)部可以包含多個島嶼。一般情況下外輪廓和島嶼必須是封閉的，主要用于平底型腔加工。 操作實例6-28：如圖6.83所示為已完成的實體和操作步驟。選擇【應(yīng)用】|【軌跡生成】|【平面區(qū)域加工】命令，彈出【平面區(qū)域加工參數(shù)表】對話框，后續(xù)步驟如圖6.83所示。,6.5.3 平面區(qū)域加工操作實例,操作實例6-29：工件如圖6.87所示，圖6.87(a)為二維尺寸圖，圖6.87(b)為真實感外形圖。工件的材質(zhì)為鍛造鋁合金。在立式數(shù)控銑床或立式加工中心銑削型腔和鉆孔。粗糙度要求Ra1.6，尺寸精度0.01mm。坯料為外形已精加工的塊料，外形尺寸65mm 46mm10mm。,6.5.3 平面區(qū)域加工操作實例,圖6.87 方形殼體工件圖,6.6 曲 面 加 工,6.6.1 曲面輪廓加工 6.6.2 曲面區(qū)域加工 6.6.3 等高精加工 6.6.4 導(dǎo)動加工,6.6 曲 面 加 工,曲面加工用來生成加工曲面、實體表面的刀具軌跡。大多數(shù)曲面要經(jīng)粗加工、半精加工和精加工才能完成。曲面加工有多種加工方式。曲面輪廓加工、曲面區(qū)域加工是生成三軸刀位軌跡的基本加工方式。等高精加工、導(dǎo)動加工則是加工特定表面的適用方法，屬兩軸半軌跡。有些零件的特殊曲面或特殊位置表面需要多軸加工才可能完成。,6.6.1 曲面輪廓加工,曲面輪廓加工目的在于生成沿一個輪廓線加工曲面的刀具軌跡。 操作實例6-30：曲面輪廓加工的操作過程為：單擊下拉菜單【應(yīng)用】|【軌跡生成】|【曲面輪廓加工】，彈出【曲面輪廓加工參數(shù)表】對話框，輸入曲面輪廓加工參數(shù)，如 圖6.93所示，單擊【確定】按鈕后按提示拾取加工曲面、拾取干涉曲面、拾取輪廓和加工方向，單擊需要加工的曲面輪廓線，輪廓線封閉后選擇區(qū)域加工方向(箭頭方向，向曲面輪廓線的外面還是里面)，最后生成加工軌跡，如圖6.94所示。 參數(shù)說明如下。 【曲面輪廓加工參數(shù)表】對話框(如圖6.93所示)包括：【曲面輪廓加工參數(shù)】、【切削用量】、【進(jìn)退刀方式】和【銑刀參數(shù)】四個選項卡。 【加工余量】是指對曲面的預(yù)留量。 【干涉余量】是指對干涉面的預(yù)留量，可正可負(fù)。 【輪廓余量】是指對曲面輪廓的預(yù)留量。 【輪廓精度】是指拾取的輪廓有樣條時的離散精度。 【加工精度】指刀具軌跡對曲面的加工誤差。 【刀次】、【行距】分別為生成刀具軌跡的行數(shù)和每行刀位之間的距離。在其他的加工方式里，刀次和行距是單選的，最后生成的刀具軌跡只使用其中的一個參數(shù)，而在曲面輪廓加工里刀次和行距是關(guān)聯(lián)的，生成的刀具軌跡由刀次和行距兩個參數(shù)決定，曲面輪廓加工軌跡如圖6.94所示，此圖刀次為3，行距為2mm。,6.6.1 曲面輪廓加工,圖6.93 【曲面輪廓加工參數(shù)表】對話框,6.6.1 曲面輪廓加工,圖6.94 區(qū)面輪廓加工軌跡,圖6.94 區(qū)面輪廓加工軌跡,6.6.2 曲面區(qū)域加工,曲面區(qū)域加工的目的在于生成加工曲面上的封閉區(qū)域的刀具軌跡。 操作實例6-31：曲面輪廓加工的操作過程為：選擇【應(yīng)用】|【軌跡生成】|【曲面區(qū)域加工】命令，彈出【曲面區(qū)域加工參數(shù)表】對話框，如圖6.95所示，在對話框中輸入曲面區(qū)域加工參數(shù)，單擊【確定】按鈕后按提示拾取加工曲面、拾取干涉曲面、拾取輪廓，單擊需要加工的曲面輪廓線，輪廓線封閉后【拾取島嶼】，若沒有島嶼則單擊鼠標(biāo)右鍵，最后生成曲面區(qū)域加工軌跡，如圖6.96所示。,6.6.3 等高精加工,屬于兩軸半加工軌跡類型，按等高距離下降一層層地做整體等高線加工，適用于曲面和實體較陡的面的加工，并可對等高加工不到的部分(較平坦的部分)做補加工。本功能可對零件做精加工和半精加工。目前只提供整體等高線加工，不提供局部等高線加工。,6.6.4 導(dǎo)動加工,導(dǎo)動加工是用截面線沿輪廓線導(dǎo)動生成軌跡的方法。與生成導(dǎo)動面的方法類似，只不過生成的不是曲面而是軌跡。其截面輪廓可以是開放的也可以是封閉的，截面線必須是開放的。該軌跡屬二軸半軌跡。如圖6.98所示。導(dǎo)動加工是二維加工的擴展，因此，有一些獨特的優(yōu)點，也有使用的局限性。其特點如下。 (1) 簡化造型。只作截面線和平面輪廓線的線框，不必曲面造型。 (2) 充分利用機床的圓弧插補功能。導(dǎo)動加工的軌跡是以二維的方法來生成的，圓弧生成的G代碼就是G02或G03，而不是折線段逼近的G代碼。因此，生成的代碼最短，并且加工效果最好。特別是輪廓線包含較多圓弧時，程序簡化非常明顯，而且生成軌跡的速度非?？?。例如半球，用導(dǎo)動加工生成的代碼長度是用其他方式生成代碼的幾十分之一到上百分之一。 (3) 沿截面線由上往下加工或由下往上加工可以自由選擇，由上往下加工可以避免 扎刀。,6.7 粗 加 工,6.7.1 等高粗加工 6.7.2 局部粗加工 6.7.3 粗加工、曲面加工操作實例,6.7 粗 加 工,粗加工目的是從零件毛坯上高效地切除材料，使毛坯盡快接近零件的形狀并保留合理的半精加工余量。粗加工必須考慮毛坯的幾何形狀和刀具的切削能力，避免崩刀。,6.7.1 等高粗加工,等高粗加工的目的是生成分層的等高粗加工軌跡。 操作實例6-34：等高粗加工的操作過程為：選擇【應(yīng)用】|【軌跡生成】|【等高粗加工】命令，彈出【等高粗加工參數(shù)表】對話框，在對話框中輸入等高粗加工參數(shù)。單擊【確定】按鈕后，按提示拾取輪廓、單擊毛坯輪廓線，如圖6.100(a)所示，拾取加工曲面，確定后生成加工軌跡，如圖6.100(b)所示。 操作說明： (1) 選擇環(huán)切，在粗加工凸模時，最好選【從外向里】選項；在加工凹模時，最好選【從里向外】選項；若不能確定是凸模還是凹模，選【從外向里】選項。這樣能保證刀具從材料外進(jìn)刀。 (2) 粗加工最好用端刀。若用球刀，第一刀的吃刀量很大，不利于切削。,6.7.1 等高粗加工,圖6.100 等高粗加工,6.7.2 局部粗加工,局部粗加工是根據(jù)零件毛坯的情況和零件的形狀特點劃分毛坯輪廓為幾個部分，分別進(jìn)行等高粗加工。需要畫出局部輪廓，并確定局部的頂層高度和底層高度。,6.7.3 粗加工、曲面加工操作實例,操作實例6-35：蓋模樣如圖6.101所示，如圖6.101(a)所示為蓋模樣的實體模型真實感外形圖，如圖6.101(b)所示的線框是毛坯的外形輪廓。工件的材質(zhì)為45#鋼，正火狀態(tài)。在立式數(shù)控銑床上進(jìn)行蓋模樣外形的粗加工和精加工，粗糙度Ra3.2，尺寸精度0.01mm。 1. 工件特點分析 工件的加工表面為多個曲面組成的復(fù)雜表面。依據(jù)數(shù)控銑削的特點，整個表面可分為兩個部分：頂面部分為較平坦的曲面；周邊部分為陡峭的曲面，其拔模斜度為3。表面最小凹部的曲面為R3。工件底面中心處有圓形凸臺，銑削前已加工成，銑削時利用此凸臺定位夾緊。夾具可選擇通用自定心三爪卡盤。工件坐標(biāo)原點選在工件底面形心。這樣，建模、編程、裝夾具有同一基準(zhǔn)。 2. 加工過程分析 (1) 粗銑全部表面，留余量0.5mm。為了有效切除材料，選用平端立銑刀，毛坯外部切入。刀具直徑的選擇要綜合考慮加工效率和殘留材料兩個方面。 (2) 精銑頂面區(qū)域。頂面區(qū)域的輪廓線如圖6.101所示，這條曲線是頂面平坦曲面與周邊陡峭曲面圓角過渡的分界線，是空間曲線。這種劃分有利于球面刀具對工件進(jìn)行切削。 (3) 精銑周邊面。周邊面為拔模斜度3的陡峭曲面，可以用斜度為3的錐銑刀沿底面輪廓線一次環(huán)繞切削完成，這樣可以獲得較高的加工效率和較好的表面質(zhì)量。另一種方法是用圓柱平端立銑刀，等高線軌跡環(huán)繞逐層切削完成。這種切削方法在加工表面質(zhì)量和加工效率方面都不如前者，但對刀具的要求相對簡單。,6.7.3 粗加工、曲面加工操作實例,圖6.101 蓋模樣的實體模型與加工中的輪廓線,6.7.3 粗加工、曲面加工操作實例,3. 編程 (1) 生成粗加工軌跡。采用直徑20mm機夾刀片式硬質(zhì)合金平端立銑刀。選擇“等高粗加工”，逆銑毛坯外切入。通過對話框輸入各參數(shù)如下。 粗加工軌跡如下。 刀具：D20，刀具半徑 = 10.000，刀角半徑 = 0.000 主軸轉(zhuǎn)速 = 1500.000，接近速度 = 300.000 切削速度 = 600.000，退刀速度 = 2000.000 下刀速度 = 300.000，行間連接速度 = 300.000 起止高度 = 80.000，安全高度 = 50.000 慢速下刀相對高度 = 10.000 進(jìn)刀方式：垂直 退刀方式：垂直 走刀方式：環(huán)切加工(從外向里) 頂層高度 = 30.000，底層高度 = 0.000，每層下降高度 = 2.000 加工行距 = 15.000 加工精度 = 0.100 加工余量 = 0.500 毛坯類型：拾取曲面 下刀方式：垂直 下刀點的位置：斜線的端點或螺旋線的切點 切入毛坯：毛坯外切入 生成的軌跡和真實感仿真結(jié)果如圖6.102所示。,6.7.3 粗加工、曲面加工操作實例,圖 6.102 粗加工軌跡與軌跡仿真,6.8 軌 跡 仿 真,軌跡仿真是模擬刀具的運動，切削毛坯、去除材料的過程。通過觀察模擬過程和結(jié)果來判斷所生成的刀具軌跡的正確性。CAXA制造工程師的軌跡仿真采用三維真實感顯示技術(shù)，具有生動、直觀的表現(xiàn)效果，是軌跡檢查的有效手段。,6.9 后 置 處 理,系統(tǒng)的后置處理功能是把刀具軌跡轉(zhuǎn)化成機床能夠識別的G代碼指令。值得注意的是不同的機床適用的G代碼指令尚未完全統(tǒng)一?？紤]到生成程序的通用性，CAXA-ME軟件針對不同的機床，可以設(shè)置不同的機床參數(shù)和特定的數(shù)控代碼程序格式。這樣，生成的G指令可以直接輸入數(shù)控機床用于加工。,6.10 機 床 通 信,近年來，數(shù)控機床發(fā)展非常迅速。機床的數(shù)控系統(tǒng)已發(fā)展為CNC(Computer Numerical Control)計算機數(shù)控系統(tǒng)，通信功能是數(shù)控系統(tǒng)的基本功能，一般都支持RS-232C通信功能，即通過系統(tǒng)配置的RS-232C接口接收或發(fā)送加工程序。通信在機床的數(shù)控系統(tǒng)(機床側(cè))和普通計算機(微機側(cè))之間進(jìn)行。 有兩種基本的傳輸形式。一種是機床側(cè)一邊接收微機側(cè)傳來的程序一邊進(jìn)行切削加工，這就是所謂的DNC(Direct Numerical Control)。另一種是先接收全部的加工程序并全部存儲在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存里，而不同時切削加工，這種傳輸形式稱為塊傳輸。DNC對加工程序的大小沒有限制。但是，微機側(cè)必須在線。塊傳輸時，加工程序的大小受數(shù)控系統(tǒng)存儲能力的限制，而微機側(cè)可以離線。塊傳輸還可用于機床側(cè)向微機側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)或加工程序。,6.10 機 床 通 信,1. RS-232C串行通信 為實現(xiàn)串行通信并保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，要求通信雙方遵循某種約定的規(guī)程。目前在PC及數(shù)控系統(tǒng)中最簡單最常用的規(guī)程是異步通信控制規(guī)程，或異步通信協(xié)議，其特點是通信雙方以一幀作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝?。每一幀從起始位開始后跟數(shù)據(jù)位(位長度可選)，奇偶校驗位，最后以停止位結(jié)束。 RS-232C接口是應(yīng)用于異步通信線路的一種通用標(biāo)準(zhǔn)接口，也稱EIA標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C接口的正規(guī)名稱是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口。RS-232C接口是一個25條引線的D型連接器。它定義了20條可同外界通信設(shè)備連接的信號線，另有1條為保護(hù)接地，4條沒有意義，并對傳輸信號電平作了明確規(guī)定。在通信電纜連接上通常采用軟件握手連接和硬件握手連接兩種方法。,6.10 機 床 通 信,2. 串口通信過程 (1) 通信前準(zhǔn)備工作。了解機床是否提供RS-232C串行口通信方式；察看機床串口參數(shù)設(shè)置；檢查串口線連接是否正確。 (2) 通信參數(shù)調(diào)整。機床參數(shù)調(diào)整，要參照用戶手冊進(jìn)行，一般機床參數(shù)設(shè)置有專門的菜單，依據(jù)說明逐項調(diào)整；PC端通信軟件的通信參數(shù)調(diào)整，是將通信軟件的參數(shù)調(diào)整為與機床的通信參數(shù)一致。 (3) 進(jìn)行微機側(cè)接收測試。先把通信軟件進(jìn)入等待接收文件狀態(tài)。機床輸出文件。檢查計算機是否正確接受。 如果發(fā)現(xiàn)機床端口無信號，檢查機床操作是否正確；如果發(fā)現(xiàn)計算機端口無信號，檢查串口線是否正確。如果發(fā)現(xiàn)接收代碼為亂碼，檢查PC及機床通信參數(shù)，通信握手協(xié)議等是否一致。 (4) 進(jìn)行微機側(cè)輸出測試。先把機床調(diào)整到文件讀入方式。在微機側(cè)，進(jìn)入通信軟件輸出文件。觀察傳輸過程并檢查結(jié)果。 (5) 機床在線加工。選用XON/XOFF協(xié)議通信。啟動機床側(cè)在線加工功能；啟動微機側(cè)傳輸軟件，輸入加工程序的文件名，輸入傳輸開始命令；這時，機床開始逐段執(zhí)行加工程序，傳輸與機床動作同步協(xié)調(diào)進(jìn)行。除非有人工干預(yù)，這一過程直至完成全部加工程序。,6.11 實訓(xùn),1. 實訓(xùn)目的： (1) 掌握零件的加工造型方法。 (2) 正確選擇刀具類型、刀具參數(shù)及工藝參數(shù)。 (3) 正確選擇零件的加工方法，生成正確的刀具路徑、加工程序和加工工序單。 (4) 掌握加工程序的傳送方法。 (5) 正確安裝工件。 (6) 掌握在機床上確定工件坐標(biāo)的方法。 (7) 熟練操作數(shù)控銑床，完成零件加工。 (8) 選擇適當(dāng)?shù)牧烤邷y量工件，驗證制造過程的正確性。,6.11 實訓(xùn),2. 實訓(xùn)內(nèi)容： 實訓(xùn)1：完成如圖6.108所示的零件上部凸臺、凹槽的所有表面的銑削加工，表面粗糙度Ra3.2。零件材質(zhì)鍛造鋁。毛坯尺寸120mm100mm35mm。 要求： (1) 根據(jù)如圖6.108所示用CAXA-ME軟件進(jìn)行零件的實體造型。 (2) 零件數(shù)控銑削加工工藝分析，包括零件圖分析、裝夾方案、加工方法及順序、刀具選擇及切削用量等工藝參數(shù)的確定。編制工序單表、刀具表和程序單。 (3) 選擇平面區(qū)域加工、平面輪廓加工，生成刀具路徑并作仿真驗證。 (