caa制造工程師教案-第1章caa制造工程師應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)

第1章CAXA制造工程師應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)

§1.1數(shù)控加工技術(shù)概述

§1.1.1數(shù)控加工的特點(diǎn)

數(shù)控加工，也稱之為NC(NumericalContorl)加工，是以數(shù)值與符號(hào)構(gòu)成的信息，控制機(jī)床

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控加工經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展已成為應(yīng)用于當(dāng)代各個(gè)制造領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)。

數(shù)控加工的最大特征有二點(diǎn)：一是可以極大地提高精度，包括加工質(zhì)量精度及加工時(shí)間誤差精度；

二是加工質(zhì)量的重復(fù)性，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的?致。也就是說加工零件的質(zhì)量

及加工時(shí)間是由數(shù)控程序決定而不是由機(jī)床操作人員決定的。

一、數(shù)控加工具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、提高生產(chǎn)效率；

2、不需熟練的機(jī)床操作人員；

3、提高加工精度并且保持加工質(zhì)量；

4、可以減少工裝卡具；

5、可以減少各工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多道工序完成的工件，用數(shù)控加工可以一次裝卡完

成，縮短加工周期，提高生產(chǎn)效率。

6、容易進(jìn)行加工過程管理；

7、可以減少檢查工作量；

8、可以降低廢、次品率；

9、便于設(shè)計(jì)變更，加工設(shè)定柔性；

10、容易實(shí)現(xiàn)操作過程的自動(dòng)化，一個(gè)人可以操作多臺(tái)機(jī)床；

11、操作容易，極大減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度

隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國(guó)得到日益廣泛的使用，在模具行業(yè)，

掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的象征。數(shù)控加工技

術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)系統(tǒng)的質(zhì)量。

如何進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制是影響數(shù)控加工效率及質(zhì)量的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的手工編程方法復(fù)雜、

煩瑣，易于出錯(cuò)，難于檢查，難以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。在模具加工中，經(jīng)常遇到形狀復(fù)雜的

零件，其形狀用自由曲面來描述，采用手工編程方法基本上無法編制數(shù)控加工程序。近年來，由于

計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的圖形處理功能有了很大增強(qiáng)，基于CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行圖形交互的

自動(dòng)編程方法日趨成熟，這種方法速度快、精度高、直觀、使用簡(jiǎn)便和便于檢查。CAD/CAM技術(shù)在

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛使用。近年來在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也越來越普及，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一

種必然趨勢(shì)。

§1.1.2數(shù)控加工

數(shù)控加工是將待加工零件進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制刀具和零件的運(yùn)動(dòng)，從而

實(shí)現(xiàn)零件加工的過程。

被加工零件采用線架、曲面、實(shí)體等幾何體來表示，CAM系統(tǒng)在零件幾何體基礎(chǔ)上生成刀具軌

跡，經(jīng)過后置處理生成加工代碼，將加工代碼通過傳輸介質(zhì)傳給數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制

刀具運(yùn)動(dòng)，完成零件加工。其過程如下圖所示：

【零件信息】一【CAD系統(tǒng)造型】一【CAM系統(tǒng)生成加工代碼】一【數(shù)控機(jī)床】一【零件】

1、零件數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：系統(tǒng)自設(shè)計(jì)和造型功能或通過數(shù)據(jù)接口傳入CAD數(shù)據(jù)，如STEP,IGES,SAT,

DXF,X-T等；在實(shí)際的數(shù)控加工中，零件數(shù)據(jù)不僅僅來自圖紙，特別在廣泛采用Internet網(wǎng)的今

天，零件數(shù)據(jù)往往通過測(cè)量或通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)确绞降玫健?/p>

2、確定粗加工、半精加工和精加工方案。

3、生成各加工步驟的刀具軌跡。

4、刀具軌跡仿真。

5、后置輸出加工代碼。

6、輸出數(shù)控加工工藝技術(shù)文件。

7、傳給機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工。

§1.2自動(dòng)編程基礎(chǔ)知識(shí)

§1.2.1自動(dòng)編程的概念

前面介紹了數(shù)控編程中的手工編程，當(dāng)零件形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，可以采用這種方法進(jìn)行加工程序

的編制。但是，隨著零件復(fù)雜程度的增加，數(shù)學(xué)計(jì)算量、程序段數(shù)目也將大大增加，這時(shí)如果單純

依靠手工編程將極其困難，甚至是不可能完成的。于是人們發(fā)明了一種軟件系統(tǒng)，它可以代替人來

完成數(shù)控加工程序的編制，這就是自動(dòng)編程。

自動(dòng)編程的特點(diǎn)是編程工作主要由計(jì)算機(jī)完成。在自動(dòng)編程方式下，編程人員只需采用某種方

式輸入工件的幾何信息以及工藝信息，計(jì)算機(jī)就可以自動(dòng)完成數(shù)據(jù)處理、編寫零件加工程序、制作

程序信息載體以及程序檢驗(yàn)的工作而無須人的參與。在目前的技術(shù)水平下，分析零件圖紙以及工藝

處理仍然需要人工來完成，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，將來的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)將從只能處理幾何參數(shù)發(fā)

展到能夠處理工藝參數(shù)。即按加工的材料、零件幾何尺寸、公差等原始條件，自動(dòng)選擇刀具、決定

工序和切削用量等數(shù)控加工中的全部信息。

§1.2.2自動(dòng)編程的分類

自動(dòng)編程技術(shù)發(fā)展迅速，至今已形成的種類繁多。這里僅介紹三種常見的分類方法。

一、使用的計(jì)算機(jī)硬件種類劃分，可分為：微機(jī)自動(dòng)編程，小型計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，大型計(jì)算機(jī)

自動(dòng)編程，工作站自動(dòng)編程，依靠機(jī)床本身的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)編程

二、按程序編制系統(tǒng)（編程機(jī)）與數(shù)控系統(tǒng)緊密程度劃分

1、離線自動(dòng)編程與數(shù)控系統(tǒng)相脫離，采用獨(dú)立機(jī)器進(jìn)行程序編制工作稱為離線自動(dòng)編程。其

特點(diǎn)是可為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床編程，功能多而強(qiáng)，編程時(shí)不占用機(jī)床工作時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格的

下降，離線編程將是未來的趨勢(shì)。

2、在線自動(dòng)編程數(shù)控系統(tǒng)不僅用于控制機(jī)床，而且用于自動(dòng)編程，稱為在線自動(dòng)編程。

編程信息的輸入方式劃分

1、語言自動(dòng)編程：這是在自動(dòng)編程初期發(fā)展起來的一種編程技術(shù)。語言自動(dòng)編程的基本方法

是：編程人員在分析零件加工工藝的基礎(chǔ)上，采用編程系統(tǒng)所規(guī)定的數(shù)控語言，對(duì)零件的幾何信息、

工藝參數(shù)、切削加工時(shí)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和加工過程進(jìn)行描述形成所謂“零件源程序”。

然后，把零件源程序輸入計(jì)算機(jī)，由存于計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)控編程系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成機(jī)床刀具運(yùn)動(dòng)軌跡

數(shù)據(jù)的計(jì)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）、所編程序的檢查等工作。

2、圖形自動(dòng)編程：這是一種先進(jìn)的自動(dòng)編程技術(shù)，目前很多CAD/CAM系統(tǒng)都采用這種方法。

在這種方法中，編程人員直接輸入各種圖形要素，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立起加工對(duì)象的幾何模型，

然后編程人員在該模型上進(jìn)行工藝規(guī)劃、選擇刀具、確定切削用量以及走刀方式，之后由計(jì)算機(jī)自

動(dòng)完成機(jī)床刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的計(jì)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，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能夠?qū)λ傻某绦蜻M(jìn)行檢查與模擬仿真，以消除錯(cuò)誤，減少試切。

3、其它輸入方式的自動(dòng)編程：除了前面兩種主要的輸入方式外，還有語音自動(dòng)編程和數(shù)字化

技術(shù)自動(dòng)編程兩種方式。語音自動(dòng)編程是指采用語音識(shí)別技術(shù)，直接采用音頻數(shù)據(jù)作為自動(dòng)編程的

輸入。使用語音編程系統(tǒng)時(shí)，操作人員使用記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的詞匯，通過話筒將所要進(jìn)行的操作

講給編程系統(tǒng)，編程系統(tǒng)自會(huì)產(chǎn)生加工所需程序。數(shù)字化自動(dòng)編程是指通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，對(duì)已有

零件或?qū)嵨锬Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)得的數(shù)據(jù)直接送往數(shù)控編程系統(tǒng)，將其處理成數(shù)控加工指令，

形成加工程序。

§1.2.3自動(dòng)編程的發(fā)展

數(shù)控加工機(jī)床與編程技術(shù)兩者的發(fā)展是緊密相關(guān)的。數(shù)控加工機(jī)床的性能提升推動(dòng)了編程技術(shù)

的發(fā)展，而編程手段的提高也促進(jìn)了數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展，二者相互依賴。現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)下在向高

精度、高效率、高柔性和智能化方向發(fā)展，而編程方式也越來越豐富。

數(shù)控編程可分為機(jī)內(nèi)編程和機(jī)外編程。機(jī)內(nèi)編程指利用數(shù)控機(jī)床本身提供的交互功能進(jìn)行編

程，機(jī)外編程則是脫離數(shù)控機(jī)床本身在其他設(shè)備上進(jìn)行編程。機(jī)內(nèi)編程的方式隨機(jī)床的不同而異，

可以“手工”方式逐行輸入控制代碼（手工編程）、交互方式輸入控制代碼（會(huì)話編程）、圖形方

式輸入控制代碼（圖形編程），甚至可以語音方式輸入控制代碼（語音編程）或通過高級(jí)語言方式

輸入控制代碼（高級(jí)語言編程）。但機(jī)內(nèi)編程一般來說只適用于簡(jiǎn)單形體，而且效率較低。機(jī)外編

程也可以分成手工編程、計(jì)算機(jī)輔助APT編程和CAD/CAM編程等方式。機(jī)外編程由于其可以脫離數(shù)

控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控編程，相對(duì)機(jī)內(nèi)編程來說效率較高，是普遍采用的方式。隨著編程技術(shù)的發(fā)展，機(jī)

外編程處理能力不斷樣強(qiáng)，已可以進(jìn)行十分復(fù)雜形體的靈敏控加工編程。

在20世紀(jì)50年代中期，MIT伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)編程，并公布了其研究成果，即APT

系統(tǒng)。60年代初，APT系統(tǒng)得到發(fā)展，可以解決三維物體的連續(xù)加工編程，以后經(jīng)過不斷的發(fā)展，

具有了雕塑曲面的編程功能。APT系統(tǒng)所用的基本概念和基本思想，對(duì)于自動(dòng)編程技術(shù)的發(fā)展具有

深遠(yuǎn)的意義，即使目前，大多數(shù)自動(dòng)編程系統(tǒng)也在沿用其中的一些模式。如編程中的三個(gè)控制面：

零件面（PS）、導(dǎo)動(dòng)面（DS）、檢查面（CS）的概念：刀具與檢查面的ON、T0>PAST關(guān)系等等。

隨著微電子技術(shù)和CAD技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)編程系統(tǒng)也逐漸過渡到以圖形交互為基礎(chǔ)的與CAD集

成的CAD/CAM系統(tǒng)為主的編程方法。與以前的語言型自動(dòng)編程系統(tǒng)相比，CAD/CAM集成系統(tǒng)可以提

供單一準(zhǔn)確的產(chǎn)品幾何模型，幾何模型的產(chǎn)生和處理手段靈活、多樣、方便，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造

一體化。

雖然數(shù)控編程的方式多種多樣，毋庸置疑，目前占主導(dǎo)地位的是采用CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)進(jìn)

行編程。

§1.3CAD/CAM系統(tǒng)簡(jiǎn)介

§1.3.1基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程的基本步驟

目前，基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程的基本步驟如圖1T所示：

加工加

零件工

及其程

序

工藝輸

分析.出

不

刀具軌跡驗(yàn)

~，、仿真

圖1-1趨于CAD/CAM數(shù)控編程基本步驟

一、加工零件及其工藝分析

加工零件及其工藝分析是數(shù)控編程的基礎(chǔ)。所以，和手工編程、APT語言編程一樣，基于CAD/CAM

的數(shù)控編程也首先要進(jìn)行這項(xiàng)工作。在目前計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP)技術(shù)尚不完善的情況

下，該項(xiàng)工作還需人工完成。隨著CAPP技術(shù)及機(jī)械制造集成技術(shù)(CIMS)的發(fā)展與完善，這項(xiàng)工

作必然為計(jì)算機(jī)所代替。加工零件及其工藝分析的主要任務(wù)有：①零件兒何尺寸、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(diǎn)及編程坐標(biāo)系；④確定走刀路線及工

藝參數(shù)。

二、加工部位建模

加工部位建模是利用CAD/CAM集成數(shù)控編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面及實(shí)體造型

等功能將零件被加工部位的幾何形狀準(zhǔn)確繪制在計(jì)算機(jī)屏幕上，同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以一定的數(shù)據(jù)結(jié)

構(gòu)對(duì)該圖形加以記錄。加工部位建模實(shí)質(zhì)上是人將零件加工部位的相關(guān)信息提供給計(jì)算機(jī)的一種手

段，它是自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)編程的依據(jù)和基礎(chǔ)。隨著建模技術(shù)及機(jī)械集成技術(shù)的發(fā)展，將來的

數(shù)控編程軟件將可以直接從CAD模塊獲得相關(guān)信息，而無須對(duì)加工部位再進(jìn)行建模。

三、工藝參數(shù)的輸入

在本步驟中，將利用編程系統(tǒng)的相關(guān)菜單與對(duì)話框等，將第一步分析的一些與工藝有關(guān)的參數(shù)

輸入到系統(tǒng)中。所需輸入的工藝參數(shù)有：刀具類型、尺寸與材料；切削用量(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、

切削深度及加工余量)；毛胚信息(尺寸、材料等)；其它信息(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)。當(dāng)然，對(duì)于某一加工方式而言，可能

只要求其中的部分工藝參數(shù)。隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，這些工藝參數(shù)可以直接由CAPP系統(tǒng)來給出，

這時(shí)工藝參數(shù)的輸入這一步也就可以省掉了。

四、刀具軌跡生成及編輯

完成上述操作后，編程系統(tǒng)將根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行分析判斷，自動(dòng)完成有關(guān)基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的計(jì)算，

并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編排形成刀位數(shù)據(jù)，存入指定的刀位文件中。

刀具軌跡生成后，對(duì)于具備刀具軌跡顯示及交互編輯功能的系統(tǒng)，還可以將刀具軌跡顯示出來,

如果有不太合適的地方，可以在人工交互方式下對(duì)刀具軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬇c修改。

五、刀位軌跡的驗(yàn)證與仿真

對(duì)于生成的刀位軌跡數(shù)據(jù)，還可以利用系統(tǒng)的驗(yàn)證與仿真模塊檢查其正確性與合理性。所謂刀

具軌跡驗(yàn)證(CldataCheck或NCVerification)是指零用計(jì)算機(jī)圖形顯示器把加工過程中的零件

模型、刀具軌跡、刀具外形一起顯示出來，以模擬零件的加工過程，檢查刀具軌跡是否正確、加工

過程是否發(fā)生過切，所選擇的刀具、走刀路線、進(jìn)退刀方式是否合理、刀具與約束面是否發(fā)生干涉

與碰撞。而仿真是指在計(jì)算機(jī)屏幕上，采用真實(shí)感圖形顯示技術(shù)，把加工過程中的零件模型、機(jī)床

模型、夾具模型及刀具模型動(dòng)態(tài)顯示出來，模擬零件的實(shí)際加工過程。仿真過程的真實(shí)感較強(qiáng)，基

本上具有試切加工的驗(yàn)證效果（對(duì)于由于刀具受力變形、刀具強(qiáng)度及韌性不夠等問題仍然無法達(dá)到

試切驗(yàn)證的目標(biāo)）。

六、后置處理

與APT語言自動(dòng)編程一樣，基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程也需要進(jìn)行后置處理，以便將刀位數(shù)

據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控系統(tǒng)所能接受的數(shù)控加工程序。

七、程序輸出

對(duì)于經(jīng)后置處理而生成的數(shù)控加工程序，可以利用打印機(jī)打印出清單，供人工閱讀；還可以直

接驅(qū)動(dòng)紙帶穿孔機(jī)制作穿孔紙帶，提供給有讀帶裝置的機(jī)床控制系統(tǒng)使用。對(duì)于有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的

機(jī)床控制系統(tǒng)，還可以與編程計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，由計(jì)算機(jī)將加工程序直接送給機(jī)床控制系統(tǒng)。

§1.3.2基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述

一、零件建模（造型）

零件建模是屬于CAD范疇的一個(gè)概念。它大致研究三方面的內(nèi)容：①零件模型如何輸入計(jì)算機(jī);

②零件模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方法（存儲(chǔ)方法）③如何在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示零件。

根據(jù)零件模型輸入、存儲(chǔ)及顯示方法的不同，現(xiàn)有的零件模型大致有四大類：①線框模型：通

過輸入、存儲(chǔ)及顯示構(gòu)成零件的各個(gè)邊來表示零件。其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、運(yùn)算簡(jiǎn)單、對(duì)硬件要求低;

缺點(diǎn)是描述能力有限，個(gè)別圖形的含義不唯一。這種模型主要應(yīng)用于工廠車間的布局、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的

模擬與干涉檢查、加工中刀具軌跡的顯示，也可用于建模過程的快速顯示。②表面模型：通過輸入、

存儲(chǔ)及顯示構(gòu)成零件表面的各個(gè)面及面上的各個(gè)邊來表示零件。同線框模型相比，表面模型能精確

表示零件表面的形狀，信息更加完整，因而可以表示很多用線框模型無法表示的零件。但由于表面

模型僅能描述零件表面情況，而無法描述零件內(nèi)部情況，信息仍然是不完備的。利用表面模型可以

進(jìn)行消隱與渲染從而生成真實(shí)感圖形。該模型可用于有限元網(wǎng)格劃分及數(shù)控自動(dòng)編程過程。③實(shí)體

模型：通過將零件看成實(shí)心物體來描述零件。實(shí)體模型可以完備的表達(dá)物體的兒何信息，因而廣泛

應(yīng)用于CAD/CAM、建筑效果圖、影視動(dòng)畫、電子游戲等各個(gè)行業(yè)。但實(shí)體模型對(duì)工程至關(guān)重要的工

藝信息卻還沒有涉及。④特征模型：通過具有工程意義的單元（如孔、槽等）構(gòu)建、表達(dá)零件模型

的一種方法。該方法在上世紀(jì)八十年代后期獲得了廣泛接受與研究，是一種全新的、劃時(shí)代的模型

方法：對(duì)于零件設(shè)計(jì)者而言，機(jī)械零件的設(shè)計(jì)不在面向點(diǎn)、線、面等幾何元素，而是具有特定功能

的單元。而特征模型不僅可以完備表達(dá)零件的幾何與拓?fù)湫畔?，而且還包含精度、材料、技術(shù)要求

等信息，從而使零件工藝設(shè)計(jì)、制造的自動(dòng)化成為可能。需要指出的是，四種模型之間是有一定關(guān)

系的：從線框模型到特征模型是一個(gè)表達(dá)信息不斷完善的過程。低級(jí)模型是高級(jí)模型的基礎(chǔ)；高級(jí)

模型是低級(jí)模型的發(fā)展。

適合數(shù)控編程的模型主要是表面模型、實(shí)體模型及特征模型。現(xiàn)有技術(shù)條件下，應(yīng)用最廣泛

的是表面模型，以表面模型為基礎(chǔ)的CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)習(xí)慣成為圖象數(shù)控編程系統(tǒng)。在以

表面模型為基礎(chǔ)的數(shù)控編程系統(tǒng)中，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)性強(qiáng)，易于使用，典型系統(tǒng)有MasterCAM、SurfCAM等?；趯?shí)體模型的數(shù)控編程較為復(fù)雜，

山于實(shí)體模型并非專為數(shù)控編程所設(shè)計(jì)，為了用于數(shù)控編程往往需對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行加工表面（或區(qū)

域）的識(shí)別并進(jìn)行工藝規(guī)劃，最后才可以進(jìn)行數(shù)控編程。特征模型的引入可以實(shí)現(xiàn)工藝分析設(shè)計(jì)的

自動(dòng)化，但特征模型尚處于研究之中，其成功應(yīng)用于數(shù)控編程還需時(shí)日。

二、刀具軌跡生成與編輯

刀具軌跡的生成一般包括走刀軌跡的安排、刀位點(diǎn)的計(jì)算、刀位點(diǎn)的優(yōu)化與編排等三個(gè)步驟。

編程系統(tǒng)對(duì)于刀具軌跡的具體處理一般分為二維輪廓加工、腔槽加工、曲面加工、多坐標(biāo)曲面加工

及車削加工等情況分別進(jìn)行處理。下面僅介紹常用的前三種加工刀具軌跡的生成方法。

1、二維輪廓加工對(duì)于二維輪廓加工，一般需要先在計(jì)算機(jī)中繪制出輪廓線，然后選擇有序

化串聯(lián)方式將各輪廓線首尾相連，再定義進(jìn)退刀方式及各基本參數(shù)（如粗精加工次數(shù)、步進(jìn)距離等,

系統(tǒng)即可以完成二維輪廓走刀軌跡的生成。

圖1-2行切加工方式圖1-3環(huán)切加工方式

2、腔槽加工腔槽加工走刀軌跡的生成一般分粗加工與精加工兩種。精加工一般較簡(jiǎn)單，只

需沿型腔底面和輪廓走刀，精銃型腔底面和邊界外形即可。粗加工一般有兩種生成方式可供用戶選

擇：行切方式與環(huán)切方式。如圖所示：行切方式加工時(shí)，首先使用者需提供走刀路線的角度（與X

軸的夾角）及走刀方式是單向（oneway）還是雙向（zig-zag）、每一層粗加工的深度及型腔實(shí)際

深度。之后，使用者還需指定腔槽的邊界。編程系統(tǒng)根據(jù)這些信息，首先計(jì)算邊界（含島嶼邊界）

的等距線，該等距線距離邊界輪廓的距離為精加工余量。然后從刀具路徑方向與輪廓等距線的第一

個(gè)切線切點(diǎn)開始逐行計(jì)算每一條行切刀具軌跡線與等距線的交點(diǎn)，生成各切削行的刀具軌跡線段。

最后，從第一條刀具軌跡線開始，按照走刀方式，將各個(gè)刀具軌跡線按照一定方法相連就形成了所

需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。環(huán)切加工一般沿型腔邊界走等距線，其優(yōu)點(diǎn)是銃刀的切削方式不變（順銃或逆

銃）。環(huán)切法加工時(shí)，編程系統(tǒng)的計(jì)算方法是：按一定偏置距離對(duì)型腔輪廓的每一條邊界曲線分別

計(jì)算等距線。然后，通過對(duì)各個(gè)等距線進(jìn)行必要的裁剪或延伸并進(jìn)行一定的有效性檢測(cè)以判斷是否

與島嶼或邊界輪廓干涉從而連接形成封閉等距線。最后，將各個(gè)封閉等距線相連，就構(gòu)成了所需刀

具軌跡。

3、曲面的加工曲面的加工相對(duì)較為復(fù)雜，目前常用的刀具軌跡生成方法有參數(shù)線法、截面

法、投影法等三種方法。

參數(shù)線法的基本思想是：任何一個(gè)曲面都可以寫成參數(shù)方程

[x,y,z]=[fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)]的形式。當(dāng)u或v中某一個(gè)為常數(shù)時(shí)，形成空間的一條曲線。

采用參數(shù)線法加工時(shí)，選擇一個(gè)參數(shù)方向?yàn)榍邢餍械淖叩斗较?，另外一個(gè)參數(shù)方向?yàn)榍邢餍械倪M(jìn)給

方向，通過一行行的切削最終生成整個(gè)刀具軌跡。參數(shù)線法計(jì)算簡(jiǎn)單，速度快，是曲面數(shù)控加工編

程系統(tǒng)主要采用的方法，但當(dāng)加工曲面的參數(shù)線不均勻時(shí)會(huì)造成刀具軌跡也不均勻，加工效率不高。

截面法加工的基本思想是：采用一組截面(可以是平面、也可以是回轉(zhuǎn)柱面)去截取加工表面,

截出一系列交線，將來刀具與加工表面的切觸點(diǎn)就沿著這些交線運(yùn)動(dòng)，通過一定方法將這些交線連

接在一起，就形成最終的刀具軌跡。截面法主要適用于曲面參數(shù)線分布不太均勻及由多個(gè)曲面形成

的組合曲面的加工。

投影法的基本思路是將一組事先定義好的曲線(也稱導(dǎo)動(dòng)曲線)或軌跡投影到曲面上，然后將

投影曲線作為刀觸點(diǎn)軌跡，從而生成曲面的加工軌跡。投影法常用來處理其它方法難以獲得滿意效

果的組合曲面和曲面型腔的加工。

4、刀具軌跡的編輯

對(duì)于很多復(fù)雜曲面零件及模具而言，刀具軌跡計(jì)算完成后，都需要對(duì)刀具軌跡進(jìn)行編輯與修改。

這是因?yàn)椋涸诹慵Ｐ偷臉?gòu)造過程中，往往處于某種考慮對(duì)待加工表面及約束面進(jìn)行延伸并構(gòu)造輔

助面，從而使生成的刀具軌跡超出加工表面范圍需要進(jìn)行裁剪和編輯；由于生成的曲面不光滑，使

刀位點(diǎn)出現(xiàn)異常，需對(duì)刀位點(diǎn)進(jìn)行修改；采用的走刀方式經(jīng)檢驗(yàn)不合理，需改變走刀方式等等，都

需進(jìn)行刀具軌跡的編輯。

刀具軌跡的編輯一般分為文本編輯和圖形編輯兩種。文本編輯是編程員直接利用任何一個(gè)文本

編輯器對(duì)生成的刀位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行編輯與修改。而圖形編輯方式則是在快速生成的刀具軌跡圖形上

直接修改。目前基于CAD/CAM的自動(dòng)編程系統(tǒng)均采用了后一種方法。刀位軌跡編輯一般包括刀位點(diǎn)、

切削段、切削行、切削塊的刪除、拷貝、粘貼、插入、移動(dòng)、延伸、修剪、幾何變換，刀位點(diǎn)的勻

化，走刀方式變化時(shí)刀具軌跡的重新編排以及刀具軌跡的加載與存儲(chǔ)等。

5、刀位軌跡的驗(yàn)證

目前，刀具軌跡驗(yàn)證的方法較多，常見的有顯示法驗(yàn)證、截面法驗(yàn)證、數(shù)值驗(yàn)證和加工過程仿

真驗(yàn)證四種方法。

顯示驗(yàn)證就是將生成的刀位軌跡、加工表面與約束面及刀具在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，以便編

程員判斷所生成刀具軌跡的正確性與合理性。根據(jù)顯示內(nèi)容的不同，又有刀具軌跡顯示驗(yàn)證、加工

表面與刀位軌跡的組合顯示驗(yàn)證及組合模擬顯示驗(yàn)證三種。刀具軌跡顯示驗(yàn)證就是在計(jì)算機(jī)屏幕上

僅僅顯示生成的刀具軌跡，以便編程員判斷刀具軌跡是否連續(xù)，檢查刀位計(jì)算是否正確；加工表面

與刀位軌跡的組合顯示驗(yàn)證就是將刀具軌跡與加工表面一起顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，從而使編程員可

以進(jìn)一步判斷刀具軌跡是否正確，走刀路線、進(jìn)退刀方式是否合理。組合模擬顯示驗(yàn)證就是在計(jì)算

機(jī)屏幕上同時(shí)顯示刀位軌跡、刀具和加工表面及約束面并進(jìn)行消隱處理。其作用是更進(jìn)一步檢查刀

具軌跡是否正確。

截面法驗(yàn)證就是先構(gòu)造一個(gè)截面，然后求該截面與待驗(yàn)證的刀位點(diǎn)上刀具外形表面、加工表面

及其約束面的交線，構(gòu)成一幅截面圖在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，從而判斷所選擇的刀具是否合理，

檢查刀具與約束面是否發(fā)生干涉與碰撞，加工過程是否存在過切。根據(jù)所用截面的不同，截面法驗(yàn)

證又可以分為橫截面驗(yàn)證、縱截面驗(yàn)證及曲截面驗(yàn)證。如果所取截面為平面且大致垂直于刀具軸線

方向則為橫截面驗(yàn)證；如果所取截面為平面且通過刀具軸線則為橫截面驗(yàn)證；如果所取截面為曲面,

則為曲截面驗(yàn)證。

距離驗(yàn)證是一種定量驗(yàn)證方法。它通過不斷計(jì)算刀具表面和加工表面及約束面之間的距離，來判斷

是否發(fā)生過切與干涉。

加工過程動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證是通過在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿加工過程來進(jìn)行驗(yàn)證的?，F(xiàn)代數(shù)控加工過程

的動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證的典型方法有兩種：一種是只顯示刀具模型和零件模型的加工過程動(dòng)態(tài)仿真，典型

代表有UGHCAD/CAM集成系統(tǒng)中的Vericut動(dòng)態(tài)仿真工具和MasterCAM系統(tǒng)的N-See動(dòng)態(tài)仿真工

具；另一種是同時(shí)顯示刀具模型、零件模型、夾具模型和機(jī)床模型的機(jī)床仿真系統(tǒng)，典型的代表UGII

CAD/CAM集成系統(tǒng)中的Unisim機(jī)床仿真工具。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入和刀具、零件、夾具和機(jī)床

模型的完善（特別是力學(xué)及材料模型的建立與完善），加工過程動(dòng)態(tài)仿真將更加逼真準(zhǔn)確，完全可

以取代試切環(huán)節(jié)，從而提高效率、降低成本。

四、后置處理

上述生成的刀位文件還不能用于數(shù)控加工，還需要將刀位文件轉(zhuǎn)化為特定機(jī)床所能執(zhí)行的數(shù)控

程序，這就是后置處理。為什么不讓自動(dòng)編程中刀位軌跡計(jì)算模塊直接生成為數(shù)控加工程序？這是

因?yàn)椴煌瑪?shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)控代碼的定義、格式有所不同。因此，配備不同的后置處理程序，就可以使

計(jì)算機(jī)一次計(jì)算的結(jié)果使用于多個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。

后置處理系統(tǒng)可分為專用后置處理系統(tǒng)和通用后置處理系統(tǒng)。

專用后置處理系統(tǒng)是針對(duì)專用數(shù)控系統(tǒng)和特定數(shù)控機(jī)床而開發(fā)的后置處理程序。一般而言，不

同數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床就需要不同的專用后置處理系統(tǒng)，因而一個(gè)通用編程系統(tǒng)往往需要提供大量的專

用后置處理程序。由于這類后置處理程序針對(duì)性強(qiáng)，程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易，因此

在過去的數(shù)控編程系統(tǒng)中比較常見，現(xiàn)在在一些專用系統(tǒng)中仍然普遍使用。

通用后置處理系統(tǒng)是指能針對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)的要求，將刀位原文件進(jìn)行處理生成數(shù)控程

序的后置處理程序。使用通用后置處理時(shí)，用戶首先需要編制數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件（NDF）或機(jī)床數(shù)

據(jù)文件（MDF）以便將數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控機(jī)床信息提供給編程系統(tǒng)。之后，將滿足標(biāo)準(zhǔn)格式的刀位原

文件和數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件（NDF）或機(jī)床數(shù)據(jù)文件（MDF）輸入到通用后置處理系統(tǒng)中，后置處理系

統(tǒng)就可以產(chǎn)生符合該數(shù)控系統(tǒng)指令及格式的數(shù)控程序。數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件（NDF）或機(jī)床數(shù)據(jù)文件

（MDF）可以按照系統(tǒng)給定的格式手工編寫，也可以以對(duì)話形式一一回答系統(tǒng)提出的問題，然后由

系統(tǒng)自動(dòng)生成。有些后置處理系統(tǒng)也提供市場(chǎng)上常見的各種數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件。特別要說明的是

目前國(guó)際上流行的商品化CAD/CA.M系統(tǒng)中刀位原文件格式都符合IGES標(biāo)準(zhǔn)，它們所帶的通用后置

處理系統(tǒng)具有?定的通用性。

§1.4CAXA制造工程師軟件介紹

§1.4.1CAXA制造工程師簡(jiǎn)介

20世紀(jì)90年代以前，后場(chǎng)是銷售的CAD/CAM軟件基本上為國(guó)外的軟件系統(tǒng)。90年代以后國(guó)內(nèi)

在CAD/CAM技術(shù)研究和軟件開發(fā)方面進(jìn)行了卓有成效的工作，尤其是在以PC機(jī)動(dòng)性平臺(tái)的軟件系

統(tǒng)。其功能已能與國(guó)外同類軟件相當(dāng)，并在操作性、本地化服務(wù)方面具有優(yōu)勢(shì)。

一個(gè)好的數(shù)控編程系統(tǒng)，己經(jīng)不是一種僅僅是繪圖，做軌跡，出加工代碼，他還是一種先進(jìn)的

加工工藝的綜合，先進(jìn)加工經(jīng)驗(yàn)的記錄，繼承，和發(fā)展。

北航海爾軟件公司經(jīng)過多年來的不懈努力，推出了CAXA制造工程師數(shù)控編程系統(tǒng)。這套系統(tǒng)

集CAD、CAM于一體，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、工藝性好、代碼質(zhì)量高，現(xiàn)在已經(jīng)在全國(guó)上千家企業(yè)

的使用，并受到好評(píng)，不但降低了投入成本，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。CAXA制造工程師數(shù)編程系統(tǒng)，

現(xiàn)正在一個(gè)更高的起點(diǎn)上騰飛。

§1.4.2利用CAXA制造工程師CAD/CAM系統(tǒng)

進(jìn)行自動(dòng)編程的基本步驟

CAM系統(tǒng)的編程基本步驟如下：

理解二維圖紙或其它的模型數(shù)據(jù)

建立加工模型或通過數(shù)據(jù)接口讀入

確定加工工藝（裝卡、刀具等）

CAMATTMMM

生成刀具軌跡“觸XMf**XX￡力JBI翌方十

——Z

加工仿真

:Ir

產(chǎn)生后置代碼19"工藝少匕

輸出加工代碼：Yxone

|與.4工力第1次］

:,二

現(xiàn)在分別予以說明。

:1~~

1.加工工藝的確定「管媒］

:「

「長(zhǎng)宣松W而屹■|

加工工藝的確定目前主要依靠人工進(jìn)行,

1:以初工去唳閔工

其主要內(nèi)容有：0枚一?工斤?

核準(zhǔn)加工零件的尺寸、公差和精度要求

。代■質(zhì)*

確定裝卡位置

A

a0代?好到機(jī)麻—I

選擇刀具M(jìn)

工毛*41+陽刀-^3

確定加工路線

PR機(jī)段加工-4*1*11

選定工藝參數(shù)

2.加工模型建立

利用CAM系統(tǒng)提供的圖形生成和編輯功

能將零件的被加工部位繪制計(jì)算機(jī)屏幕上。作為計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成刀具軌跡的依據(jù)。

加工模型的建立是通過人機(jī)交互方式進(jìn)行的。被加工零件一般用工程圖的形式表達(dá)在圖紙上，用戶

可根據(jù)圖紙建立三維加工模型。針對(duì)這種需求，CAM系統(tǒng)應(yīng)提供強(qiáng)大幾何建模功能，不僅應(yīng)能生成

常用的直線和圓弧，還應(yīng)提供復(fù)雜的樣條曲線、組合曲線、各種規(guī)則的和不規(guī)則的曲面等的造型方

法，并提供種過渡、裁剪、幾何變換等編輯手段。

被加工零件數(shù)據(jù)也可能由其他CAD/CAM系統(tǒng)傳入，因此CAM系統(tǒng)針對(duì)此類需求應(yīng)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)

據(jù)接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越來越細(xì)，企業(yè)之間的協(xié)作越來越頻繁，這種形式目前

越來越普遍。

被加工零件的外形不可能是由測(cè)量機(jī)測(cè)量得到，針對(duì)此類的需求，CAM系統(tǒng)應(yīng)提供讀入測(cè)量數(shù)

據(jù)的功能，按一定的格式給出的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成零件的外形曲面。

3.刀具軌跡生成

建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程師系統(tǒng)提供的多種形式的刀具軌跡生成功能進(jìn)行

數(shù)控編程。CAXA制造工程師中提供了十余種加工軌跡生成的方法。用戶可以根據(jù)所要加工工件的形

狀特點(diǎn)、不同的工藝要求和精度要求，靈活的選用系統(tǒng)中提供的各種加工方式和加工參數(shù)等，方便

快速地生成所需要的刀具軌跡即刀具的切削路徑。CAXA制造工程師在研制過程中深入工廠車間并有

自己的實(shí)驗(yàn)基地，它不僅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工廠中的加工工藝經(jīng)驗(yàn)，它是

二者的完美結(jié)合。在CAXA制造工程師中做刀具軌跡，已經(jīng)不是一種單純的數(shù)值計(jì)算，而是工廠中

數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn)的生動(dòng)體現(xiàn)，也是你個(gè)人加工經(jīng)驗(yàn)的枳累，它人加工經(jīng)驗(yàn)的繼承，

為滿足特殊的工藝需要，CAXA制造工程師能夠?qū)σ焉傻牡毒哕壽E進(jìn)行編輯。CAXA制造工程

師還可通過模擬仿真檢驗(yàn)生成的刀具軌跡的正確性和是否有過切產(chǎn)生。并可通過代碼較核，用圖形

方法檢驗(yàn)加工代碼的正確性。

4.后置代碼生成

在屏幕上用圖形形式顯示的刀具軌跡要變成可以控制機(jī)床的代碼，需進(jìn)行所謂后置處理。后置

處理的目的是形成數(shù)控指令文件，也就是平我們經(jīng)常說的G代碼程序或NC程序。CAXA制造工程師

提供的后置處理功能是非常靈活的，它可以通過用戶自己修改某些設(shè)置而適用各自的機(jī)床要求。用

戶按機(jī)床規(guī)定的格式進(jìn)行定制，即可方便地生成和特定機(jī)床相匹配的加工代碼。

5.加工代碼輸出

生成數(shù)控指令之后，可通過計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口與機(jī)床直接連通。CAXA制造工程師可以提供我們

自己開發(fā)的通信軟件，完成通過計(jì)算機(jī)的串口或并口與機(jī)床連接，將數(shù)控加工代碼傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床,

控制機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床。

隨著我們國(guó)家加工制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)得到空前廣泛的應(yīng)用，CAXA的CAD/CAM

軟件得到了日益廣泛的普及和應(yīng)用。我們相信當(dāng)你認(rèn)識(shí)了CAXA制造工程師以后，CAXA制造工程師

一定會(huì)走到你的身邊，成為你身邊的不可多得的造型能手，忠實(shí)可靠的編程高手，數(shù)控加工工藝的

良師益友。

§1.4.3.CAXA制造工程師軟件界面介紹

制造工程師的

用戶界面，是全中文

界面，和其他

Windows風(fēng)格的軟

件一樣，各種應(yīng)用功

能通過菜單和工具

條驅(qū)動(dòng):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;特征樹記錄了

歷史操作和相互關(guān)

系；繪圖區(qū)顯示各種

功能操作的結(jié)果；同圖1-5CAXA制造工程師軟件界面

時(shí)，繪圖區(qū)和特征樹為用戶提供了數(shù)據(jù)的交互的功能。

制造工程師工具條中每一個(gè)按鈕都對(duì)應(yīng)一個(gè)菜單命令，單擊按鈕和單擊菜單命令是完全一樣

的。

一、文件的讀入

CAXA制造工程師是一個(gè)開放的設(shè)計(jì)和加工工具，它提供了豐富的數(shù)據(jù)接口，包括基于曲面的

DXF和IGES標(biāo)準(zhǔn)圖形接口，基于實(shí)體的X_T、X_B,面向快速成型設(shè)備的STL以及面向Internet和

虛擬現(xiàn)實(shí)的VRML等接口。這些接口保證了與世界流行的CAD軟件進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，使企業(yè)與合

作伙伴可以跨平臺(tái)和跨地區(qū)進(jìn)行協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)。

圖1-6文件的讀入

文件的讀入通過“文件”下拉菜單中的“打開”命令來實(shí)現(xiàn)，可以打開制造工程師存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

文件，并為其他數(shù)據(jù)文件格式提供相應(yīng)接口，使在其它軟件上生成的文件通過此接口轉(zhuǎn)換成制造工

程師的文件格式，并進(jìn)行處理。

回胃日庖曰

在制造工程師中可以讀入ME數(shù)據(jù)文件mxe、

??主1

零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件epb、、ME1.0、ME2.0數(shù)據(jù)文?■■

tPC.

?道軒/

件csn、Parasolidx_t文件、Parasolidx_b

文件、DXF文件、IGES文件和DAT數(shù)據(jù)文件。

r1?用%?，”芽

單擊“文件”下拉菜單中“打開”命令，或

者直接單擊1按鈕，彈出打開文件對(duì)話框。選

擇相應(yīng)的文件類型并選中要打開的文件名，單擊

“打開”按鈕。

文怦美型|槌中落文件[ax.]

CAXA制造工程師可以輸出也就是將零件存儲(chǔ)為?

r使用壓線方EB3咖蚊配?"b)

多種格式的文件，方便在其他軟件中打開。ttl0.M22謝?第文件(?cm)

Parasolidx_t文件(*x_Q)

P預(yù)顯PtfAKolidxb文件(■xb)

1、單擊“文件”下拉菜單中的“保存”，dxf又件(二修。

r(as文怦(?

雷文件Ga.

或者直接單擊口按鈕，如果當(dāng)前沒有文件名，

圖1-7文件的打開

則系統(tǒng)彈出個(gè)存儲(chǔ)文件對(duì)話框。

2、在對(duì)話框的文件名輸入框內(nèi)輸入一個(gè)文件名，單擊“保存”，系統(tǒng)即按所給文件名存盤。

文件類型可以選用ME數(shù)據(jù)文件mex、EB3D數(shù)據(jù)文件epb、Parasolidx.t文件、Parasolidxb文

件、DXF文件、IGES文件、VRML數(shù)據(jù)文件、STL數(shù)據(jù)文件和EB97數(shù)據(jù)文件。

3、如果當(dāng)前文件名存在，則系統(tǒng)直接按當(dāng)前文件名存盤。經(jīng)常把結(jié)果保存起來是一個(gè)好習(xí)慣。

這樣，可以避免因發(fā)生意外而成果丟失。

二、零件的顯示

制造工程師為用戶提供了圖形的顯示

命令，他們只改變圖形在屏幕上顯示的位

置、比例、范圍等，不改變?cè)瓐D形的實(shí)際尺

寸。圖形的顯示控制對(duì)復(fù)雜零件和刀具軌跡

觀察和拾取具有重要作用。

用鼠標(biāo)單擊“顯示”下拉菜單中的

“顯示變換”，在該菜單中的右側(cè)彈出菜單

圖1-8顯示變換菜單

項(xiàng)。

1、顯示全部：將當(dāng)前繪制的所有圖形全部顯示在屏幕繪圖區(qū)內(nèi)。用戶還可以通過F3鍵使圖形

顯示全部。

單擊“顯示”，指向“顯示變換”，單擊“顯示全部”，或者直接單擊.按鈕。

顯示窗口：提示用戶輸入一個(gè)窗口的上角點(diǎn)和下角點(diǎn)，系統(tǒng)將兩角點(diǎn)所包含的圖形充滿屏幕繪

圖區(qū)加以顯示。

(1)單擊“顯示”，指向“顯示變換”，單擊“顯示窗口”，或者直接單擊?按鈕。

(2)按提示要求在所需位置輸入顯示窗口的第一個(gè)角點(diǎn)，輸入后十字光標(biāo)立即消失。此時(shí)再

移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)由方框表示的窗口，窗口大小可隨鼠標(biāo)的移動(dòng)而改變。

(3)窗口所確定的區(qū)域就是即將被放大的部分。窗口的中心將成為新的屏幕顯示中心。在該

方式下，不需要給定縮放系數(shù)，制造工程師將把給定窗口范圍按盡可能大的原則，將選中區(qū)域內(nèi)的

圖形按充滿屏幕的方式重新顯示出來。

2、顯示縮放：按照固定的比例將繪制的圖形進(jìn)行放大或縮小。用戶也可以通過PageUp或

PageDown來對(duì)圖形進(jìn)行放大或縮小。也可使用Shift配合鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行該項(xiàng)功能。也可以使用

Ctrl鍵配合方向鍵，執(zhí)行該項(xiàng)功能。

(1)單擊“顯示”，指向“顯示變換”，單擊“顯示縮放”，或者直接單擊Q?按鈕。

(2)按住鼠標(biāo)右鍵向左上或者右上方拖動(dòng)鼠標(biāo)，圖形將跟著鼠標(biāo)的上下拖動(dòng)而放大或者縮小。

(3)按住Ctrl鍵，同時(shí)按動(dòng)左右方向鍵或上下方向鍵，圖形將跟著按鍵的按動(dòng)而放大或者縮

小。

3、顯示旋轉(zhuǎn)：將拾取到的零部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。用戶還可以使用Shift鍵配合上、下、左、右方向鍵

使屏幕中心進(jìn)行顯示的旋轉(zhuǎn)。也可以使用Shift配合鼠標(biāo)左鍵，執(zhí)行該項(xiàng)功能。

(1)單擊“顯示”，指向“顯示變換”，單擊“顯示旋轉(zhuǎn)”，或者直接單擊Q按鈕。

(2)在屏幕上選取一個(gè)顯示中心點(diǎn)，拖動(dòng)鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)立即將該點(diǎn)作為新的屏幕顯示中心,

將圖形重新顯示出來。

4、顯示平移：根據(jù)用戶輸入的點(diǎn)作為屏幕顯示的中心，將顯示的圖形移動(dòng)到所需的位置。用戶還

可以使用上、下、左、右方向鍵使屏幕中心進(jìn)行顯示的平移。

(1)單擊“顯示”，指向“顯示變換”，單擊“顯示平移”，或者直接單擊按鈕。

(2)在屏幕上選取一個(gè)顯示中心點(diǎn)，按下鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)立即將該點(diǎn)作為新的屏幕顯示中心

將圖形重新顯示出來。

第2章曲線和曲面

§2.1曲線的繪制

CAXA制造工程師為曲線繪制提供了十六項(xiàng)功能：直線、圓弧、圓、矩形、橢圓、樣條、點(diǎn)、公

式曲線、多邊形、二次曲線、等距線、曲線投影、相關(guān)線、樣條圓弧和文字等。用戶可以利用這

些功能，方便快捷地繪制出各種各樣復(fù)雜的圖形。利用CAXA制造工程師編程加工時(shí)，主要應(yīng)用曲

線中的直線、矩形工具繪制零件的加工范圍。

直線中的兩點(diǎn)線就是在屏幕上按給定兩點(diǎn)畫一條直線段或按給定的連續(xù)條件面連續(xù)的直線段。

(1)單擊直線按鈕，在立即菜單中選擇兩點(diǎn)線。

(2)按狀態(tài)欄提示，給出第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，兩點(diǎn)線生成。

圖2-1直線的繪制

矩形是圖形構(gòu)成的基本要素，為了適應(yīng)各種情況下矩形的繪制，CAXA制造工程師提供了兩點(diǎn)矩

形和中心_長(zhǎng)_寬等兩種方式。

兩點(diǎn)矩形就是給定對(duì)角線上兩點(diǎn)繪制矩形。如圖2-2

(1)單出口按鈕，在立即菜單中選擇兩點(diǎn)矩形方式。

(2)給出起點(diǎn)和終點(diǎn)，矩形生成。

jy

8X

圖2-2

中心一長(zhǎng)一寬就是給定長(zhǎng)度和寬度尺寸值來繪制矩形。

(1)單擊口按鈕，在立即菜單中選擇中心_長(zhǎng)_寬方式，輸入長(zhǎng)度和寬度值。

(2)給出矩形中心(0,0),矩形生成。

圖2-3

§2.2曲線的編輯

曲線編輯包括曲線裁剪、曲線過渡、曲線打斷、曲線組合和曲線拉伸五種功能。

曲線編輯安排在主菜單的下拉菜單和線面編輯工具條中。線面編輯工具條如下圖所示。

圖2-4

曲線裁剪中的快速裁剪是指系統(tǒng)對(duì)曲線修剪具有指哪裁哪快速反映。

(1)單擊*按鈕，在立即菜單中選擇快速裁剪和正常裁剪(或投影裁剪)。

曲線過渡就是對(duì)指定的兩條曲線進(jìn)行圓弧過渡、尖角過渡或?qū)蓷l直線倒角。

曲線過渡共有三種方式：圓弧過渡、尖角過渡和倒角過渡。

圓弧過渡：

用于在兩根曲線之間進(jìn)行給定半徑的圓弧光滑過渡。如圖2-6

(1)單擊廠按鈕，在立即菜單中選擇“圓弧過渡”，輸入半徑，選擇是否裁剪曲線1和曲線

2。

(2)拾取第一條曲線，第二條曲線，圓弧過渡完成。

圖2-6

尖角過渡

用于在給定的兩根曲線之間進(jìn)行過渡，過渡后在兩曲線的交點(diǎn)處呈尖角。尖角過渡后，一根曲

線被另一根曲線裁剪。如圖2-7

(1)單擊片按鈕，在立即菜單中選擇“尖角裁剪”。

(2)拾取第一條曲線，第二條曲線，尖角過渡完成。

拾取位拾取位

(a)過渡前(b)過渡后(a)過渡前(b)過渡后

圖2-7

倒角過渡

倒角過渡用于在給定的兩直線之間進(jìn)行過渡，過渡后在兩直線之間有?條按給定角度和長(zhǎng)度

的直線。

倒角過渡后，兩直線可以被倒角線裁剪，也可以不被裁剪，如圖2-8。

(1)單擊廠按鈕，在立即菜單中選擇“倒角裁剪”，輸入角度和距離值，選擇是否裁剪曲線

1和曲線2。

(2)拾取第一條曲線，第二條曲線，尖角過渡完成。

(a)有裁剪的倒角過渡(b)無裁剪的倒角過渡

圖2-8

§2.3幾何變換

幾何變換對(duì)于編輯圖形和曲面有著極為重要的作用，可以極大地方便用戶。幾何變換是指對(duì)線、面

進(jìn)行變換，對(duì)造型實(shí)體無效，而且?guī)缀巫儞Q前后線、面的顏色、圖層等屬性不發(fā)生變換。幾何變換

共有七種功能：平移、平面旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、平面鏡像、鏡像、陣列和縮放。幾何變換工具條如下圖2-9?

小由爵回

圖2-9

平移就是對(duì)拾取到的曲線或曲面進(jìn)行平移或拷貝。平移有兩種方式：兩點(diǎn)或偏移量。

偏移量方式就是給出在XYZ三軸上的偏移量，來實(shí)現(xiàn)曲線或曲面的平移或拷貝。

(1)直接單擊1a按鈕，在立即菜單中選取偏移量方式，拷貝或平移，輸入XYZ三軸上的偏移

量值如下圖270。

(S33

圖2-10

(2)狀態(tài)欄中提示“拾取元素”，選擇曲線或曲面，按右鍵確認(rèn)，平移完成如圖2-11。

圖2-11

兩點(diǎn)方式就是給定平移元素的基點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)曲線或曲面的平移或拷貝。

(1)單擊目按鈕，在立即菜單中選取兩點(diǎn)方式，拷貝或平移，正交或非正交，如圖2-12。

圖2-12

(2)拾取曲線或曲面，按右鍵確認(rèn)，輸入基點(diǎn)，光標(biāo)就可以拖動(dòng)圖形了，輸入目標(biāo)點(diǎn)，平移

完成，如圖2-13。

圖2-13

§2.4曲面的生成及編輯

CAXA制造工程師有豐富的曲面造型手段，共有10種生成方式：直紋面、旋轉(zhuǎn)面、掃描面、邊

界面、放樣面、網(wǎng)格面、導(dǎo)動(dòng)面、等距面、平面和實(shí)體表面。

一、曲面生成

1直紋面(如下圖2T4)：有3種形式的直紋面

曲線+曲線

曲線+曲面

點(diǎn)+曲線

直紋面是由一根直線兩端點(diǎn)分別在兩曲線上勻速運(yùn)動(dòng)而形成的軌跡曲面。直紋面生成有三種方

式：曲線+曲線、點(diǎn)+曲線和曲線+曲面。

|曲線+曲線二］

圖2-14

(1)單擊“應(yīng)用”，指向“曲面生成”，單擊“直紋面”，或者單擊力按鈕。

(2)在立即菜單中選擇直紋面生成方式。

(3)按狀態(tài)欄的提示操作，生成直紋面。

曲線+曲線

曲線+曲線是指在兩條自由曲線之間生成直紋面。

圖2-15

(1)選擇“曲線+曲線”方式。

(2)拾取第一條空間曲線。

(3)拾取第二條空間曲線，拾取完畢立即生成直紋面。

點(diǎn)+曲線

點(diǎn)+曲線是指在一個(gè)點(diǎn)和一條曲線之間生成直紋面。

圖2-16

(1)選擇“點(diǎn)+曲線”方式。

(3)拾取空間點(diǎn)。

(4)拾取空間曲線，拾取完畢立即生成直紋面。

曲線+曲面

曲線+曲面是指在一條曲線和一個(gè)曲面之間生成直紋面。

圖2-17

曲線+曲面方式生成直紋面時(shí)，曲線沿著一個(gè)方向向曲面投影，同時(shí)曲線與這個(gè)方向垂直的平

面內(nèi)上以一定的錐度擴(kuò)張或收縮，生成另外一條曲線，在這兩條曲線之間生成直紋面。

(1)選擇“曲線+曲面”方式。

(2)填寫角度和精度。

（3）拾取曲面。

（4）拾取空間曲線。

（5）輸入投影方向。單擊空格鍵彈出矢量工具，選擇投影方向。

（6）選擇錐度方向。單擊箭頭方向即可。

（7）生成直紋面。

角度：是指錐體母線與中心線的夾角；

注意：

（1）生成方式為“曲線+曲線”時(shí)，在拾取曲線時(shí)應(yīng)注意拾取點(diǎn)的位置，應(yīng)拾取曲線的同側(cè)對(duì)

應(yīng)位置；否則將使兩曲線的方向相反，生成的直紋面發(fā)生扭曲。

（2）生成方式為“曲線+曲線”時(shí)，如系統(tǒng)提示“拾取失敗”，可能是由于拾取設(shè)置中沒有這

種類型的曲線。解決方法是點(diǎn)取“設(shè)置”菜單中的“拾取過濾設(shè)置”，在“拾取過濾設(shè)置對(duì)話框”

的“圖形元素的類型”中選擇“選中所有類型”。

（3）生成方式為“曲線+曲面”時(shí)，輸入方向時(shí)可利用矢量工具菜單。在需要這些工具菜單時(shí),

按空格鍵或鼠標(biāo)中鍵即可彈出工具菜單。

（4）生成方式為“曲線+曲面”時(shí)，當(dāng)曲線沿指定方向，以一定的錐度向曲面投影作直紋面時(shí)

如曲線的投影不能全部落在曲面內(nèi)時(shí)，直紋面將無法作出。

旋轉(zhuǎn)面

按給定的起始角度、終止角度將曲線繞一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而生成的軌跡曲面。

（1）單擊“應(yīng)用”，指向“曲面生成”，單擊“旋轉(zhuǎn)面”，或者單擊海:按鈕。

（2）輸入起始角和終止角角度值。

（3）拾取空間直線為旋轉(zhuǎn)軸，并選擇方向。

（4）拾取空間曲線為母線，拾取完畢即可生成旋轉(zhuǎn)面。

圖2-18

起始角：是指生成曲面的起始位置與母線和旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成平面的夾角。

終止角：是指生成曲面的終止位置與母線和旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成平面的夾角。

F圖起始角為60度，終止角為270度的情況。

圖2-19

注意：

選擇方向時(shí)的箭頭方向與曲面旋轉(zhuǎn)方向兩者遵循右手螺旋法則。

掃描面

按照給定的起始位置和掃描距離將曲線沿指定方向以一定的錐度掃描生成曲面。

圖2-20

(1)單擊“應(yīng)用”,指向“曲面生成”，單擊“掃描面”，或者單擊石上按鈕。

(2)填入起始距離、掃描距離、掃描角度和精度等參數(shù)。

(3)按空格鍵彈出矢量工具，選擇掃描方向。

(4)拾取空間曲線。

(5)若掃描角度不為零，選擇掃描夾角方向，掃描而生成。

起始距離：是指生成曲面的起始位置與曲線平面沿掃描方向上的間距；

掃描距離：是指生成曲面的起始位置與終止位置沿掃描方向上的間距；

掃描角度：是指生成的曲曲母線與掃描方向的夾角；

卜一圖為掃描初始距離不為零的情況。

圖2-21

注意:

掃描方向不同的選擇可以產(chǎn)生不同的效果。

導(dǎo)動(dòng)面

讓特征截面線沿著特征軌跡線的某一方向掃動(dòng)生成曲面。導(dǎo)動(dòng)面生成有六種方式：平行導(dǎo)動(dòng)、

固接導(dǎo)動(dòng)、導(dǎo)動(dòng)線&平面、導(dǎo)動(dòng)線&邊界線、雙導(dǎo)動(dòng)線和管道曲面。

生成導(dǎo)動(dòng)曲面的基本思想：選取截面曲線或輪廓線沿著另外一條軌跡線掃動(dòng)生成曲面。

為了滿足不同形狀的要求，可以在掃動(dòng)過程中，對(duì)截面線和軌跡線施加不同的幾何約束，讓截

面線和軌跡線之間保持不同的位置關(guān)系，就可以生成形狀變化多樣的導(dǎo)動(dòng)曲面。如截面線沿軌跡線

運(yùn)動(dòng)過程中，我們可以讓截面線繞自身旋轉(zhuǎn)，也可以繞軌跡線扭轉(zhuǎn)，還可以進(jìn)行變形處理，這樣就

產(chǎn)生各種方式的導(dǎo)動(dòng)曲面。

(1)單擊“應(yīng)用”，指向“曲面生成”，單擊“導(dǎo)動(dòng)面”，或者直接單擊臣按鈕。

(2)選擇導(dǎo)動(dòng)方式。

(3)根據(jù)不同的導(dǎo)動(dòng)方式下的提示，完成操作。

平行導(dǎo)動(dòng)

平行導(dǎo)動(dòng)是指截面線沿導(dǎo)動(dòng)線趨勢(shì)始終平行它自身地移動(dòng)而掃成生成曲面，截面線在運(yùn)動(dòng)過程

中沒有任何旋轉(zhuǎn)。

圖2-22

(1)激活導(dǎo)動(dòng)面功能，并選擇“平行導(dǎo)動(dòng)”方式。

(2)拾取導(dǎo)動(dòng)線，并選擇方向。

(3)拾取截面曲線，即可生成導(dǎo)動(dòng)面。

固接導(dǎo)動(dòng)

固接導(dǎo)動(dòng)是指在導(dǎo)動(dòng)過程中，截面線和導(dǎo)動(dòng)線保持固接關(guān)系，即讓截面線平面與導(dǎo)動(dòng)線的切矢

方向保持相對(duì)角度不變，而且截面線在自身相對(duì)坐標(biāo)架中的位置關(guān)系保持不變，截面線沿導(dǎo)動(dòng)線變

化的趨勢(shì)導(dǎo)動(dòng)生成曲面。

固接導(dǎo)動(dòng)有單截面線和雙截面線兩種，也就是說截面線可以是一條或兩條，如