数控仿真教学教案第3章.doc

2010年 04 月 05 日第 5、6 周星期第 节一、课题 CAXA数控车自动编程及仿真加工 学时 34 二、目的要求 熟练掌握CAXA数控车自动编程软件的使用方法及操作步骤 三、重点难点 零件图的加工建模及刀位轨迹的生成 四、教具与挂图 计算机 CAXA数控车软件 宇龙仿真软件 五、课堂类型与方法 新授课 讲练结合 六、复习提问（ 分钟） 1、CAXA数控车软件自动编程时的步骤是什么？ 七、布置作业（题目及来源） 八、参考书 CAXA数控车软件使用说明书 宇龙仿真软件使用说明书 编写日期 2010年 03月 25日 任课教师 孙 国 庆 审批意见 审批人签名 年 月 日九、新课内容（附后）自动编程与仿真加工 知识点学习CAXA数控车2000自动编程软件的使用。技能点1.掌握零件的加工工艺分析。2.掌握零件建模的方法和步骤。3.根据加工工艺，正确选择加工参数生成刀位轨迹。4.针对所使用的数控系统进行机床类型设置和后置处理设置 ，生成加工代码。由于计算机技术的发展，带动起了计算机数控技术的不断发展。随着新材料、新工艺的出现，更增强了数控机床的工作特性，这需要数控机床能够实现越来越多的复杂加工工作的要求，人工编程就不能够适应复杂的加工需要，特别是在模具行业、航天行业，以及许多军事领域，这样就产生了利用计算机进行数控编程的技术。计算机数控编程是利用CAD技术进行计算机辅助设计，然后利用CAM技术进行数控编程，通过DNC技术传送到CNC数控机床进行加工，从而完成整个复杂零件的数控加工过程。本节以我国研制开发的全中文CAXA数控车2000自动编程软件为例，介绍利用CAD/CAM软件编程的全过程。一、 CAXA数控车2000自动编程软件简介 CAXA数控车2000基本应用界面如图81所示，和其他Windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单条和工具条驱动；状态栏指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置；绘图区显示各种绘图操作的结果；同时绘图区和参数栏为用户实现各种功能提供数据的交互。图81 CAXA数控车2000基本应用界面 软件系统可以实现自定义界面布局。工具条中每一个图标都对应一个菜单命令，单击图标和单击菜单命令是一样的。 （一）窗口布置CAXA数控车2000工作窗口分为绘图区、菜单区、工具条、参数输入栏(进入相应功能后出现)状态栏等五个部分。屏幕最大的部分是绘图区，该区用于绘制和修改图形。 菜单位于屏幕的顶部。工具条分为曲线编辑工具条、曲线生成工具条、数控车功能工具条、标准工具条和显示工具条等。曲线编辑工具条位于绘图区的下方，曲线生成工具条和数控车功能工具条位于屏幕的右侧，标准工具条和显示工具条位于菜单栏的下方。 立即菜单位于屏幕的左边。状态栏位于屏幕的底部，指导用户进行操作，并提示当前状态及所处位置。（二）主菜单 菜单条包括系统的所有功能项，为方便使用，将CAXA数控车2000菜单项按功能进行分类，如表8-1所示。表8-1 CAXA数控车2000主菜单选项菜单项说 明文件对系统文件进行管理，包括新建、打开、关闭、保存、另存为、数据输入、数据输出、退出等编辑对已有的图像进行编辑，包括撤销、恢复、剪切、复制、粘贴、删除、元素不可见、元素可见、元素颜色改变、元素层修改等显示设置系统的显示，包括显示工具、全屏显示、视角定位等应用在屏幕上绘制图形和设置刀具路径，包括各种曲线生成、线面编辑、后置处理、轨迹生成、几何变换等功能组工具包括坐标系、查询、点工具、矢量工具、选择集拾取工具、轮廓拾取工具等功能组设置设置屏幕上图形显示，包括当前颜色、层设置、拾取过滤设置、系统设置、自定义等（三）弹出菜单 CAXA数控车2000可通过按空格键弹出的菜单作为当前命令状态下的子命令。在执行不同命令状态下，有不同的子命令组，主要有：点工具组、矢量工具组、轮廓拾取工具组和岛拾取工具组。如果子命令是用来设置某种子状态，软件在状态栏中会显示提示命令。表8-2中列出了弹出菜单的功能。表8-2 CAXA数控车2000弹出菜单项弹出菜单项说 明点工具确定当前选取点的方式，包括缺省点、屏幕点、端点、中点、圆心、垂足点、切点、最近点、控制点、刀位点和存在点等矢量工具 确定矢量选取方向，包括直线方向、X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向、Z轴正方向、Z轴负方向和端点切矢 选择集拾取工具确定拾取集合的方式，包括拾取添加、拾取所有、拾取取消、取消尾项和取消 所有等 轮廓拾取工具确定轮廓的拾取方式，包括单个拾取、链拾取和限制链拾取等岛拾取工具确定岛的拾取方式，包括单个拾取、链拾取和限制链拾取等（四）工具条CAXA数控车2000提供的工具条有标准工具条、显示工具条、曲线生成工具条、数控车功能工具条和曲线编辑工具条。工具条中图标的含义如图8-2所示。图8-2 CAXA数控车2000工具条中的图标含义（五）键盘键与鼠标键1回车键和数值键在CAXA数控车2000中，在系统要求输入点时，回车键和数值键可以激活一个坐标输入条，在输入条中可以输入坐标值。如果坐标值以开始，表示相对于前一个输入点的相对坐标。2空格键弹出点工具菜单。例如，在系统要求输入点时，按空格键可以弹出点工具菜单。3热键CAXA数控车2000为用户提供热键操作，在CAXA数控车2000中设置了以下几种功能热键。 （1）F5键：将当前面切换至XOY面，同时将显示平面置为XOY面，并将图形投影到XOY面内进行显示。 （2）F6键：将当前面切换至YOZ面，同时将显示平面置为YOZ面，并将图形投影到YOZ面内进行显示。（3）方向键(、)：显示旋转。（4）Ctrl方向键(、)：显示平移。（5）Shift：显示放大。（6） Shift：显示缩小。（7）鼠标键鼠标左键可以用来激活菜单、确定位置点、拾取元素等；鼠标右键用来确定拾取、结束操作，终止命令。二、 CAXA数控车2000自动编程加工实例 例：图8-3所示，零件已加工为652082，材料45 钢。试分析加工工艺，用自动编程生成加工程序。图8-3 典型的轴类零件（一）分析加工工艺过程1零件图的工艺分析该零件比较简单，由内、外圆柱面、圆锥面、圆弧、螺纹等构成，其中直径尺寸与轴向尺寸没有尺寸精度和表面粗糙度的要求。零件材料为45 钢，切削加工性能较好，没有热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施：零件图上面没有公差尺寸和表面粗糙度的要求，可完全看成是理想化的状态，在安排工艺时不必考虑零件的粗、精加工，故零件建模的时候就直接按照零件图上面的尺寸建模即可。工件右端面为轴向尺寸的设计基准，相应工序加工前，用手动方式先将右端面车出来。采用一次装夹完成工件的全部尺寸。2确定机床和装夹方案根据零件的尺寸和加工要求，选择合适的四工位机床，采用三爪自动定心卡盘对工件进行定位夹紧。3确定加工顺序及走刀路线加工顺序的正确安排，按照由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次加工中尽可能的加工出来较多的表面。走刀路线设计不考虑最短进给路线或者最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿着零件轮廓顺序进行。4刀具的选择根据零件的形状和加工要求选择刀具见表8-3。表8-3 数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm备注1T0193硬质合金车刀1车外轮廓0.4右20202T0293内孔车刀1车内孔表面0.416163T0360螺纹车刀1车M502螺纹20204T043mm切槽车刀1切槽0.22020编制审核批准共 页第 页5切削用量的选择切削用量的选择一般根据毛坯的材料、转速、进给速度、刀具的刚度等因素选择。6数控加工工艺卡的制作。将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片，在这里就不做详细的介绍。（二）加工建模注意事项：1.建模前必须根据工艺确定好建模原点，坐标轴的方向与所选用数控机床的坐标轴方向要一致。对于加工建模，只须绘制要加工部分的外轮廓和毛坯轮廓，组成封闭的区域（须切除部分），其余线条不必画出。3.造型过程中要先选主菜单或工具条中的功能项，在立即菜单中进行参数设置，然后根据状态栏提示分步骤去作。（三）刀位轨迹的生成1刀具参数设置。单击主菜单条中“应用”“数控车”“刀具库管理”菜单项或单击数控车工具条图标，系统弹出“刀具库管理”对话框，如图8-13所示。CAXA数控车2000提供轮廓车刀、切槽刀具、螺纹车刀和钻孔刀具4种类型的刀具管理功能。图8-13 刀具库管理（1）增加T1号93硬质合金车刀和T2号93内孔车刀。单击刀具库管理中“轮廓车刀”“增加刀具”，出现如图8-14所示对话框。在轮廓车刀类型中选“外轮廓车刀”，填入刀具参数然后确定，完成T1号车刀的增加。同样方法，在轮廓车刀类型中选“内轮廓车刀”完成T3号车刀增加，如图8-15所示。 图8-14 93硬质合金车刀 图8-15 93内孔车刀（2）增加T04号3mm硬质合金切槽车刀。单击刀具库管理中“切槽刀具”, 单击“增加刀具”按钮出现如图8-16所示对话框并填入刀具参数然后确定。（3）增加T03号60螺纹车刀。单击刀具库管理中“螺纹车刀”, 单击“增加刀具”按钮出现如图8-17所示对话框并填入如图中刀具参数然后确定。 图8-16 3mm硬质合金切槽车刀 图8-17 60螺纹车刀2. 生成零件的加工轨迹。（1）生成车外圆的粗、精加工轨迹。1）轮廓建模。如图8-18所示为车右端外圆的加工造型。图8-18 粗、精车外圆的加工造型2）单击主菜单条中“应用”“数控车”“轮廓粗车”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“粗车参数表”对话框，然后分别填写参数表。单击“加工参数”选项卡，按表8-4所列参数填写对话框。表8-4 粗车加工参数内容选项及参数内容选项及参数加工表面类型外轮廓干涉后角10加工方式等距方式拐角过渡方式尖角加工精度0.1反向走刀否加工余量0.3详细干涉检查是加工角度180退刀时沿轮廓走刀否切削行距1刀尖半径补偿编程时考虑半径补偿干涉前角0单击“进退刀方式”选项卡，按表8-5所列参数填写对话框。表8-5 粗车进退刀参数内容选项参数每行相对毛坯进刀方式与加工表面成定角长度L=2角度A=45每行相对加工表面进刀方式与加工表面成定角长度L=2角度A=45每行相对毛坯退刀方式垂直每行相对加工表面退刀方式垂直 快速退刀距离L=5单击“切削用量”选项卡，选择切削用量，按表8-6所列参数填写对话框。表8-6 粗车切削用量参数内容选项参数说明速度设定接近速度（mm/min）100单位可为旋转进给率mm/r退刀速度（mm/min）100进刀量（mm/min）150主轴转速（r/min）800采用机械变速时可不设定主轴最高转速（r/min）2000主轴转速选项恒转速样条拟合方式圆弧拟合999.9单击“轮廓车刀” 选项卡，直接选取刀具库中的“93车刀”即可，其它按表87所列参数填写对话框。填完后单击确定。表8-7 粗车刀具参数内容选项及参数刀具名93车刀刀具号1刀具补偿号1对刀点方式刀尖圆心刀具偏置方向左偏3）根据状态栏提示“拾取被加工表面轮廓”，按空格弹出工具菜单如图系统提供3种拾取方式如图8-20a所示,选“单个拾取”。当拾取第一条轮廓线后，此轮廓线变成红色的虚线，系统给出提示：选择方向如图8-20b所示,顺序拾取加工轮廓线并右键确定。状态栏提示“拾取定义的毛坯轮廓”，顺序拾取毛坯的轮廓线并确定。状态栏提示“输入进退刀点”，按回车键弹出输入对话框，输入“90，90”后再回车，生成如图8-20c所示加工轨迹。 a） b）c）图8-20 粗车外圆加工轨迹a）拾取的方式 b）选择拾取方向 c）生成粗车加工轨迹4）单击主菜单条中“应用”“数控车”“轮廓精车”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“精车参数表”对话框，各项参数如图8-21所示进行填写。 a） b） c） d）图8-21 精车外圆参数a）精车加工参数 b）精车进退刀方式 c）精车切削用量 d）精车轮廓车刀5)根据状态栏提示“拾取被加工表面轮廓”，按方向拾取加工轮廓线并右键确定。状态栏提示“输入进退刀点”，按回车键弹出输入对话框，输入起始点回车，生成如图8-22所示加工轨迹。 图8-22精车外圆加工轨迹（2）生成车外沟槽加工轨迹。1）轮廓建模。如图8-23所示为车外沟槽的加工造型。图8-23 外沟槽的加工造型2）单击主菜单条中“应用”“数控车”“切槽”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“切槽参数表”对话框，填写各项参数（如图8-24所示）并确定。 a） b） c）图8-24 切槽参数表a）切槽加工参数 b）切槽切削用量 c）切槽刀具3)根据状态栏提示，拾取加工轮廓线,按箭头方向顺序完成。输入起始点回车，生成如图8-25所示加工轨迹。 图8-25 切槽加工轨迹（3）生成车螺纹加工轨迹。1）轮廓建模。螺纹两端各延伸2mm如图8-26所示为车螺纹的加工造型。 图826车螺纹加工造型2）单击主菜单条中“应用” “数控车” “车螺纹”菜单项或单击数控车工具条的图标，状态栏提示“拾取螺纹的起始点”，用鼠标左键拾取点1；状态栏提示“拾取螺纹终点”，用鼠标左键拾取点2。系统弹出“螺纹参数表”对话框，填写各项参数如图8-27所示。 3）确定后状态栏提示“输入进退刀点”，按回车键弹出输入对话框，输入起始点回车，生成如图8-28所示加工轨迹。 图8-28 车螺纹加工轨迹（4）生成车内孔加工轨迹。1）轮廓建模。如图8-29所示为车内孔的加工造型。图8-29 内孔加工造型2）单击主菜单条中“应用”“数控车”“轮廓粗车”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“粗车参数表”对话框，然后填写参数（如图8-30所示）后单击确定。 a） b） c） d）图8-30 车内孔参数表a）车内孔加工参数 b）车内孔进退刀方式 c）车内孔切削用量 d）车内孔轮廓车刀3）根据状态栏提示“拾取被加工表面轮廓”，拾取加工轮廓线并右键确定。状态栏提示“拾取定义的毛坯轮廓”，拾取毛坯的轮廓线并确定。状态栏提示“输入进退刀点”，按回车键弹出输入对话框，输入刀具的起始点回车，生成如图8-31所示加工轨迹。 图8-31 车内孔加工轨迹4.机床设置与后置处理 （1）机床设置 现以FANUC 0数控系统的指令格式进行说明。1）单击主菜单条中“应用”“数控车”“机床设置”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“机床类型设置”对话框如图8-32所示。图8-32 机床类型设置对话框2）单击选项卡中“增加机床”，系统弹出“增加新机床”对话框，如图8-33所示，输入“FANUC”并确定。图8-33 增加新机床3) 按照FANUC 0数控系统的编程指令格式，填写各项参数如图8-34所示。图8-34 FANUC 0数控系统编程指令其中宏指令参数为：说明：O $POST_CODE程序头：$CHANGE_TOOL $TOOL_NO $COMP_NO $COOL_ON $SPN_F $SPN_SPEED $SPN_CW换刀： $CHANGE_TOOL $TOOL_NO $COMP_NO $SPN_F $SPN_SPEED $SPN_CW程序尾：$COOL_OFF$SPN_OFF$PRO_STOP（2）后置处理。单击主菜单条中“应用”“数控车”“后置设置”菜单项或单击数控车工具条的图标，系统弹出“后置处理设置”对话框，各项参数如图8-35所示填写。图8-35 后置处理设置参数5后置处理生成加工程序（NC代码）（1）单击主菜单条中