数控编程实用基础之微机自动编程与应用.ppt

第6章微机自动编程与应用,6.1自动编程概述6.2零件基本几何图形的绘制6.3空间立体图形的绘制6.4CAM基础6.52D刀路定义6.63D曲面加工刀路6.7后置处理6.8车削自动编程系统简介6.9线切割自动编程系统简介思考与练习题,6.1自动编程概述,6.1.1自动编程原理及类型,1数控语言型批处理式自动编程早期的自动编程都是编程人员根据零件图形及加工工艺要求，采用数控语言，先编写成源程序单，再输入计算机，由专门的编译程序，进行译码、计算和后置处理后，自动生成数控机床所需的加工程序清单，然后通过制成纸带或直接用通讯接口，将加工程序送入到机床CNC装置中的。其中的数控语言是一套规定好的基本符号和由基本符号描述零件加工程序的规则，它比较接近工厂车间里使用的工艺用语和工艺规程，主要由几何图形定义语句、刀具运动语句和控制语句等三种语句组成。,编译程序是根据数控语言的要求，结合生产对象和具体的计算机，由专家应用汇编语言或其他高级语言编好的一套庞大的程序系统。这种自动编程系统的典型就是APT语言。APT语言最早于1955年由美国研制成功，经多次修改完善，于20世纪70年代发展成APT，一直沿用至今。其他如法国的IFAPT，德国的EXAPT，日本的FAPT、HAPT以及我国的ZCK、SKC等都是APT的变形。这些数控语言有的能处理35坐标，有的只能处理2坐标，有车削用的、铣削和点位加工用的等。这种方式的自动编程系统，由于当时计算机的图形处理能力较差，所以一般都无图形显示，不直观，易出错。虽然后来增加了一些图形校验功能，但还是要反复地在源程序方式和图形校验方式之间来回切换，并且还需要掌握数控语言，初学者用起来总觉得不太方便。,2人机对话型图形化自动编程在人机对话式的条件下，编程员按菜单提示的内容反复与计算机对话，陆续回答计算机的提问。从一开始，对话方式就紧密与图形显示相联，从工件的图形定义，刀具的选择，起刀点的确定，走刀路线的安排直到各种工艺指令的及时插入，全在对话过程中提交给了计算机，最后得到的是所需的机床数控程序单。这种自动编程具有图形显示的直观性和及时性，能较方便地进行对话修改，易学且不易出错。图形化自动编程系统有EZ-CAM、MasterCAM、UGII、PRO/E和CAXA制造工程师等。本章主要介绍MasterCAM自动编程系统。,6.1.2MasterCAM软件系统概述MasterCAM是美国CNCSoftwareInc.公司所研制的、集CAD/CAM于一体的一个大型应用软件系统，主要用于数控机床的自动编程及其控制。因它对机器配置要求较低而得到了广泛的应用。该软件采用的是图形化自动编程的方式，具有绘图设计、尺寸标注、轮廓铣削、钻削、车削和线切割等处理技术。用户可利用其绘图设计功能绘制出待加工零件的图样，然后直接在其上进行加工路线的描述定义，该软件即可自动计算处理并生成用于控制机床的数控加工程序。图6-1所示是其中Mill铣削模块的结构框架。,图6-1Mill模块结构框架,1系统界面特点当前流行的MasterCAM是基于Windows平台上运行的一套软件系统。启动MasterCAM8.0版的铣削模块Mill后的操作界面如图6-2所示。MasterCAM系统将显示界面分割为三个区域：绘图工作区、菜单区和系统回应区。其中：绘图区是为作图、图形显示、加工模拟显示等提供演示的场所。可通过功能设定将其划分为多个视区，以达到从不同的角度观察的效果。,系统回应区是人机对话的场所，包括从系统中反馈的信息显示、各种状态显示、错误提示以和必需的键盘响应，进行中需要键入的数据等。菜单区共分主功能菜单区、次功能菜单区和图标菜单区三部分。,图6-2Mill模块的操作界面,系统绝大部分功能实施都需要通过对主功能菜单的逐层调用来进行。例如，如图6-3所示为进行“连续画线”功能操作所需要逐层调用的菜单层次结构。,图6-3菜单层次结构,菜单内容的显示始终在同一区域内，当要执行某一项功能时，只能一层层地切换菜单项，操作起来很繁琐。为使操作方便，该系统采用了如下几种快捷方法。(1)增设次功能菜单区。主要是为对图层操作、颜色和构图面等的设定方便而提供的一种快捷操作菜单项。用鼠标点选这些菜单项时，有关图层与颜色的设置是通过弹出对话框的形式进一步操作的；而有关构图面等的设置，则是直接调用主菜单区来进行的。,(2)增设图标菜单区。主要是为系统常用功能选用方便而提供的一些快捷操作菜单项。用鼠标点选某一图标，则相当于打开多层菜单，直接调用底层具体执行的功能菜单。(3)提供逐层回退及直接返回根菜单功能。连续点选“返回上一菜单”项，可逐层回退直到根菜单；若点选“回根菜单”项，则无论当前是处于哪一个菜单层次都可直接回到根菜单。(4)提供快捷键操作。系统对一些常用的功能提供即时热键快速调用。常用热键及对应功能见图6-4所示。新版本中因有图标菜单，故取消了许多热键功能。在系统中，可随时按F1功能键或按ALT+H键，便可得到更具体的帮助。,图6-4常用功能键,2系统的主要菜单功能1)主功能菜单主功能菜单各项功能分别为：分析(Analyze)：将所选实体的坐标数据信息等显示在屏幕上，如点、线、弧、曲线、曲面或标注的尺寸、文字等的数据状态信息。主要用于数据查询。绘图(Create)：产生点、线、弧、曲线、曲面或标注的尺寸、文字等几何实体，每产生一个实体，其数据自动存入数据库中并且该实体同时显示在屏幕上。档案(File)：用于对图形数据的存档、读出、编辑、转换、打印和传送输出等的管理。,修整(Modify)：用倒圆、修剪、延伸、断开和连接等方式修整已经绘制的几何实体。图形变换(Xform)：对已经绘制的实体进行对称、旋转、比例缩放、平移和偏移等多种方式的变换，从而生成新的几何实体。删除(Delete)：从屏幕上和系统的数据库中删除一个或者一组几何实体图素。视屏设定(Screen)：用于改变图形在屏幕上显示的大小、位置等的设置，如放大、缩小、自动调整、指定范围等的显示方式；颜色、图层等的设定，还有系统设置等。,刀具路径(Toolpaths)：为零件几何图形的轮廓铣削、钻孔、铣槽形、字型铣削和曲面铣削等的加工定义刀具路线，产生NC刀具路径。用于为数控加工的自动编程提供数据。NC公用程序(NCUtils)：用于对NC刀具路径数据文件进行查询显示、编辑修改、加工模拟、自动编程以及对已有数控程序文件反向进行NC刀具路径的自动生成。这一功能可用于对手工编程进行加工模拟的校验。注：MasterCAM系统的整个菜单内容见书后附录E。,2)次功能菜单作图面高度Z：用于设定当前作图面的高度。对曲面三维实体的构建必不可少。作图颜色(Color)：用于设定当前作图时线条的颜色。作图层(Level)：用于设定当前作图的图层。MasterCAM系统也同样引入图层的概念，用于存放一些具有相同属性的图表，以便于进行管理。MasterCAM设定最多为256层。,刀具面(TPlane)：用于设定当前刀具所处的方位。对三维立体形状工件而言，只有设置合理的刀具方位才能保证合理加工程序的产生。构图面(CPlane)：用于设定当前所绘图形的空间方位。绘制三维图形时需要及时改变构图面的位置，结合作图面高度的设定可使得图形绘制过程快捷方便。观察面(View)：用于改变观察所绘图形的视角，以获得满意的观察效果。如在进行模拟加工时将观察面设定为“轴测面”可得到较形象的观察效果。,6.2零件基本几何图形的绘制,6.2.1基本线圆定义1绘制直线(Line)(如图6-5所示),图6-5直线绘制方法,1)水平线(Horizontal)画一条水平方向的线段。操作：先指定第一点，同时菜单转为公共给点菜单。这时，可选择用键盘输入坐标点的方式或捕捉已有点的方式，默认状态为直接用鼠标在屏幕上点取一点，你可根据情况选择一种取点方式并用鼠标点取相应的菜单项。给定第一点后，屏幕即提示输入第二点的坐标，方法同上。然后，屏幕显示第一点的Y坐标值，并允许输入修改为其他值，修改或认可回车后，即可得到由第一、二两点的X值确定左右边界，由指定的Y值确定上下位置的一条水平线。,2)垂直线(Vertical)画一条垂直方向的线段。操作：方法同水平线，只是由第一、二两点的值定上下边界，由第一点的值或输入修改后的X值确定左右位置的一条垂直线。3)两点连线(Endpoints)由指定的两点画一条线段。操作：先后要求指定两点，点值可根据公共给点菜单的选项采用键盘输入或捕捉得到。,4)连续画线(Multi)画一些首尾相接的连续线段。操作：每一条线的画法同两点连线，只不过该方法始终是将前一条线的第二点作为后一条线的第一点，连续不停地持续下去，直到按Esc键，或用鼠标去拾取其他画线方法而中止。,5)极坐标画线(Polar)画一指定角度且定长的线段。操作：先指定一点作为线段的起点，然后要求输入极角和极半径值。每次重启系统或重新初始化后默认的极角值为0，极半径为25mm；当定义一次以后，所定义的值将作为新的默认值为其后使用，直到再定义新值后，新值又将作为新的默认值。,6)切线(Tangent)画一与某圆弧相切的线段。本画线方式菜单还有下级菜单，即将其细分成：切角切线、公切线和点切线。切角切线(Angle)：与某圆弧相切并和X正轴夹于某角度值。操作：先选择并拾取相切圆弧，再接着要求输入夹角、输入线长(系统将根据拾取点的位置决定两可能切点中的一个切点。如果拾取点在过圆心的水平线的上方，则取上切点；否则，取下切点。若夹角为90，则左右区分切点)，然后在屏幕上显示出由切点向两边切向画出的两段切线，并提示要求在欲保留的那段切线上拾取一下，则另一段切线将自动被舍弃。在要求用鼠标拾取某线圆时，若不合要求(如离可能的线圆太远等)则需要重试。,公切线(2arcs)：同时切于两圆弧的直线。操作：要求先后选择并拾取两圆弧，并根据拾取点的位置确定几条可能公切线中的一条。如下规定仅供参考：上上：上外公切线下下：下外公切线上-下：内公切线下上：内公切线当对两相交圆弧拾取时，若由于拾取点的位置导致计算在内公切线方式上时，系统会产生错误提示。由于公切线的产生和拾取点的位置是有很大关系的，所以拾取时应尽量使拾取点靠近所需切点。,点切线(Point)：即过一点向某圆弧作切线。操作：输入时先提示拾取相切圆弧；然后，再提示指定该切线经过的某点。最后，则要求指定该切线从切点处开始计量的长度(默认长度为指定点到切点的计算长度)。定义完成后，则显示出从切点起指定长度的直线段。,7)点垂线(Perpendclr)过一点且与另一线段或圆弧相垂直的线段(端点为垂足)。操作：先拾取相垂直的原始实体，然后提示指定一点，最后还要求指定垂线的长度。(默认长度为指定点到被垂直实体的垂足点间的计算长度。),2绘制圆弧和整圆(如图6-6所示),图6-6圆、弧及非圆曲线绘制,圆弧部分(Arc)：有极坐标画弧、两点定弧、三点定弧和相切圆弧等。(1)极坐标方式(Polar)：细分为圆心点、拾取点、起径角和终径角等定义方式。圆心点：先指定圆心点，再输入半径，指定起始角和终止角(初始默认值为：半径为25mm，起始角和终止角均为0，鼠标拾取则视为回车认可。)拾取点：基本同上，但其起始角和终止角可由鼠标直接拾取确定(不可捕捉拾取)。适用于画草图。,起径角：先指定圆弧起点再输入半径值，最后定起始角和终止角。终径角：先指定圆弧终点再输入半径值，最后定起始角和终止角(鼠标拾取视为回车)。,(2)两点半径定弧(Endpoints)：操作：先后提示指定两点(弧的两端点)后，再按要求输入半径值，接着显示出所有满足条件的圆弧，并要求选择其一。若计算出：两点间距直径，则出现错误信息;两点间距=直径，则有两半圆弧供选择;两点间距180或180)。修剪要求是指在倒圆的同时，是否自动修剪相关的线圆而使光滑连接的切点成为其新的端点。链接是指是否要对多段首尾连接的实体间所有尖角都自动倒圆处理。,2)修剪(Trim),图6-7图形的修整与变换,修单个实体(1entity)：要求先后拾取欲修剪的两个实体。但只对两相交线圆中的第一段的延伸部分进行修剪，修剪边界由交点分隔，剪取部分则根据拾取实体时点取的位置确定，拾取点所在的部分为保留部分。若欲修剪的为整圆则视整圆为0360的弧，修剪时，从所计算出的两交点中选取距第二拾取点较近的点作为分隔边界，将整圆分成两部分，最后保留第一拾取点所在的那段圆弧。,修两个实体(2entities)：基本操作同上，只是最后同时对两个实体都进行修剪，拾取处所在的那部分保留，另一部分则自动舍弃。若对两未交接上的实体进行修剪，还可以起到延伸的作用。修三个实体(3entities)：同时对三个实体进行修剪，分别修剪至交点处。第一、二两个实体的修剪端点，即为与第三个实体相交的交点，第三个实体的两端及第一、二两个实体的一端将被剪掉(或延伸至交点处)。也就是说，第一、二两个实体只修剪掉一端，而第三个实体则两端都将被修剪掉。,修至垂足点(Topoint)：修剪指定实体到以过指定位置点向该实体所作垂线的垂足处。操作：选择实体去修剪或延伸，由此拾取实体位置点确定实体保留部分。提示修剪或延伸的位置点，由此点向指定实体作垂线以确定垂足点。,修多个实体(Many)：将被选择的多个实体，在指定的一方分别修剪或延伸至与指定修剪边界线相交处。操作：先选择欲修剪的实体，然后点确认以结束选择。拾取指定用以确定修剪边界的曲线(实体)。确定将不被剪掉的一方。闭合弧(Closearc)：将弧修剪成整圆。分割(Divide)：将指定欲分割的实体，由两指定的分界线分割成三部分，并将中间部分舍弃。,3)打断(Break)打断有打断成圆弧、打成多段、打成两段和定长打断等方式。打断成圆弧(Arc)：将二维的平滑曲线打断成线或圆弧。打成多段(Manypieces)：将指定实体按指定段长或指定段数打成多段：若指定段长，则段数自动计算生成(按均分计算)；若指定段数，则段长自动计算生成。,打成两段(2pieces)：在指定断点处将某实体打成两段。若指定断点拾取在线侧，则断点取在从拾取点向该实体所作垂线的垂足处；若垂足超出实体两端点外，则出错。指定长度(atlength)：(选择一个实体，输入指定长度。)从靠近拾取点的那个端点起到指定长度处将某实体断开成两个实体。若指定长度超过线长，将要求修改指定长度。,4)连结(Join)连接是将原来打断成两段的实体连接成一个实体。该操作是打断的逆操作，要先后拾取两实体，且要求两实体应可连接成一个实体。若是直线，则其斜率应相同。若是圆弧，则圆心半径应相同。5)延伸(Extend)延伸是将选定的线、弧在靠拾取点的那个端点处向外延伸指定的长度。,6)拖曳(Drag)拖曳可采用鼠标直接拖放的方式复制或移动某些实体的方法。操作：先从选择实体菜单中确定一种选择方式，选好实体并确认后即出现移动(平移或旋转)或复制(平移或旋转)操作方式选择菜单。选定一种方式后，即要求指定平移拖曳的相对点或旋转中心点，之后移动鼠标则图形亦跟随着移动，并还可随时切换旋转平移方式，直至满意后拾取一下鼠标即告完成。此时，菜单区显示要求选择“新的”和“旧的”菜单项。若还想对另一些实体进行拖曳操作，可点“新的”菜单项，则又重新出现实体选择方式菜单，可重新进行前述操作。若仅想对刚进行过拖曳操作后的实体继续进行另外的拖曳操作。可点“旧的”菜单项，则菜单区又出现移动、复制方式选择菜单，接着便可继续后续操作。,2图形变换(Xform)(如图6-7所示)1)对称变换(Mirror)操作：先进入实体选择方式菜单选择实体并确认后，再按要求指定对称轴(X、Y或某线)；然后，弹出对话框要求回答是采用移动复制还是连接处理方式？确认后，会对称自动生成。被选择的转换实体和转换后的实体(转换结果)将以设定的颜色显示，直至重新选择转换实体并进行转换操作后，新的转换操作实体就转为特殊显示。转换后的结果可作为一个整体在进行其他处理时被选择。若为移动，则原始线将不复存在；若为复制，则原始线保留。若为连接，则在对称后生成的新线的各端点和原始线相应各端点间自动产生连接线段。,2)旋转变换(Rotate)操作基本同上，只是指定对称轴变为指定旋转中心点(原点或指定点)，移动复制连接对话框中多了旋转次数和旋转角度输入两项，旋转角度为逆正顺负；旋转次数为不包括本身在内的次数。若为移动(Move)，则原始实体不复存在。若为连接(Join)，则每一次旋转后的新实体都将和原始实体端点相接。,3)缩放变换(Scale)(非显示上的缩放)基本操作同旋转变换。不同的是：旋转中心变为缩放中心点；在对话框中，旋转次数改为缩放次数；在对话框中，旋转角度改为比例因子；若缩放比例为1，则无论缩放多少次均为不缩放。XYZ缩放(Scalexyz)。前述缩放为各个方向的缩放比例都是相等的；而X、Y、Z缩放，则可分别指定各个方向上的比例因子。,4)平移变换(Translate)操作：先从选择实体方式菜单选择实体并确认后，即出现直角坐标、极坐标、两点之间和两视角间等四种平移方式选择菜单。各自接续的操作如下：直角(Rectang)：输入平称矢量，X、Y、Z方向用逗号隔开。极坐标(Polar)：输入平移距离、平移角度，由此算出X、Y矢量。两点之间(Btweenpts2)：输入开始平移的参照点和平移去的目标点，由此两点得到的矢量作为平移矢量。两视角之间(BetweenVws2)：定义原始转换平面，目标转换平面开始参照点和移去的目标点。,5)删除(Delete)删链接线(Chain)：用于删除首尾链接的连续多段实体。删重叠线：用于删除一些重复绘制的实体。但该功能只能删除完全重叠的线，即两端点完全相同的线，若某一线于另一线而又重叠存在的话，则无法识别。若交叉重叠时也无法自动识别。删单一线(Only)：用于删除单独某一点、线、圆弧等实体。选中此项后即转入公共的单一实体项菜单。删所有某种(All)：用于删除某种类型的所有实体，如所有直线，所有圆弧等。选中此项后，即转入公共的所有实体项菜单。,删组群(Group)：用于删除径组群定义的多个实体。删变换结果(Result)：用于删除径图形变换操作而新生成的多个实体，即某些特殊颜色显示的线，或经过多变换操作，则系统记忆最后一次变换而生成的结果。删窗交线(Interwndw)：用于删除开窗选择时凡会在窗内及压在窗框上的实体。恢复删除(Undelete)：用于恢复刚刚删除的实体，可一步一步地往前恢复，但最多可恢复的实体数目受到系统配置中相应设定项的限制。,6.3空间立体图形的绘制,6.3.1构图平面与工作深度MasterCAM中使用的原始基本坐标系统还是标准的笛卡儿坐标系，其各轴正向符合右手定则，如图6-8所示。但随着设定构图平面而形成的当前工作坐标系，其各坐标轴方向并不一定和原始基本坐标系一致。无论其在原始坐标系中的位置如何，当前构图平面总是为XY平面；以俯视(TOP)观察面显示时，其工作坐标系总是按X轴正向朝右，Y轴正向朝上，Z轴正向朝绘图者。,图6-8原始坐标系,如图6-9所示，构图平面就是当前要使用的绘图平面。如设置为俯视图，所绘制的图形就产生在平行于俯视图的构图平面上；如设置为主视图(前视)，所绘制的图形就产生在平行于主视图的构图平面上。而工作深度是指构图平面所在的深度，即当前工作坐标系中的Z高度(并非原始坐标系中的Z)；在什么深度上绘出的图素就产生在其对应的高度面上，只有在3D构图设置时才可以跨越这个限制。当然，如果想要在某个倾斜的角度面上绘图，也可以用图素定面的方法先确立这个构图平面，再在上面绘图。,图6-9构图平面与工作深度,观察面则是表示目前在屏幕上的图形的看图角度。绘出的图形位置只受构图平面和工作深度的影响，不受观察面设定的影响，观察面的作用只是为了方便观察。但当观察面与构图面设得互相垂直时是无法绘图的。构图平面和观察面一样，主要有俯视图、主视图、侧视图及由图素实体确定的平面等。构图平面和工作深度均可通过点击次功能菜单区中相应项来设定。绘制三维图形时，选定合适的构图平面和工作深度是关键。,6.3.23D线架结构和曲面模型3D线架结构相当于空间立体图形的骨骼，MasterCAM在绘制空间立体图形时，可以首先绘出其线架结构；然后，再对其进行面域定义，从而形成三维实体。新版本的MasterCAM也提供了直接构建实体的功能。3D线架结构事实上就是在不同的构图平面或工作深度上所绘制成的直线、圆弧或曲线等，在建立曲面之前，以工件的边界线条为基础，通过简洁的连接绘出的、能表达一定的空间效果的线架结构，称之为线框模型。和实体、曲面不同的是，线框模型不能着色，而曲面和实体都是可以着色的。,1举升曲面(Lofted)和直纹曲面(Ruled)这两种曲面构建功能都是由截断面外形的顺接来产生一个曲面(Surface)。只不过举升是用抛物线来顺接，直纹则是用直线段来顺接曲面的。如图6-10(a)所示为线架结构，图(b)为举升曲面模型，图(c)为直纹曲面模型。,图6-10举升曲面和直纹曲面(a)线架结构；(b)举升曲面；(c)直纹曲面,绘制要诀：如果已画好如图6-10(a)所示4段线架，则可点选“绘图”“曲面”“举升曲面”或“直纹曲面”后，再先后分四次选定这4段线架。第一段应用“链接”方式，其他用“单段”方式，并且应注意拾取点的位置，防止因拾取点位置不当，使得线走向相反而出现曲面较严重的扭曲现象。点击“确定”结束选择后，再点击“执行”即可。事实上，对第一段矩形图素，最好先将右下部的那根直线从中打断，链接时从中部打断点处开始，只有各线架的起点位置相近，做出的曲面扭曲才最小。,2旋转曲面(Revolved)旋转曲面是由某一轮廓线绕某一轴线旋转而形成的曲面，其线架结构仅由一段轮廓线和一旋转轴线组成。曲面构建时，先要选定轮廓线，再选定旋转轴；然后，还需指定旋转曲面形成的起始角度和终止角度。0的位置是由轮廓外形所在的构图平面位置决定。如图6-11所示的轮廓线架，可用“链接”的方式，在P1点处开始，点击“封闭”“返回”“确定”结束轮廓定义，再按提示点击P2处以选定回转轴线，回应输入起始角度为180，终止角度为360，便可构建形成图示曲面模型。,图6-11旋转曲面的构建,3昆式曲面(Coons)昆式曲面也叫孔斯曲面，它是用定义一个个较小的缀面(Patches)的形式来产生的。曲面构建时要先定义沿着主切削方向(纵向Along)各缀面系列边廓，再定义沿着横断面间歇进刀方向(Across)各缀面边廓，由此来确定缀面方向和缀面数量。如图6-12所示线架结构，构建昆式曲面。,图6-12昆式曲面的构建,绘制要诀：(1)点选“绘图”“曲面”“昆式曲面”后，对提示“采用自动链接外形吗？”回答“NO”，采用手工定义外形的方法。(2)按提示键入沿主切削方向的曲面数：8；横断面方向的曲面数：1。缀面数确定方法：开放式。行(列)缀面数=列(行)边界外形数1封闭式。切削方向缀面数=横断面方向外形数横断面方向缀面数=切削方向外形数1,(3)先后选用“单段”定义方式，分别拾取A11，A12，A18，即完成主切削方向上外形1的定义；紧接着先后用“单段”定义方式，分别拾取A21，A22，A28，完成主切削外形2的定义。(4)同样先后用“单段”方式，分别拾取B1，B2，B8，完成横断面方向的外形定义。(5)点击“确定(Done)”结束整个轮廓形状的定义，设定参数，曲面误差=0.001；曲面类型：P参数式；熔接方式为Cubic三次曲线方式。最后，点击“执行(Doit)”即可建立曲面模型。,4扫描曲面(Swept)扫描曲面也是根据主切削方向和横断面间歇进刀方向上的外形来构建的。但它和昆式曲面不一样，不需要每个缀面都去定义。对某一方向的边廓可一次统一定义，其网格段数(相当于缀面数)是由系统根据两方向中最长的外形和设定的切削间距进行计算后等距打断而自动产生的。扫描曲面可有三种选择构建方式。(1)用一个横断面外形和一个主切削方向的外形来构建。一般用于横断面两边主切削方向上的外形相互平行，每一横断面大小基本一样的弯管状曲面。,(2)用一个横断面外形和两个主切削方向的外形来构建。用于两主切削方向上的轮廓相差较大，而横断面形状按比例变化的曲面。(3)用两个横断面外形和一个主切削方向的外形来构建。用于上、下两底不一样的锥台状曲面。如图6-13所示曲面线架构，采用上述扫描曲面构建的(2)方式进行。点选“绘制”-“曲面”“扫描曲面”，当提示指定横断面方向外形数目时，输入值1；然后选“单段”，点取P1处以定义横断面外形；再选“链接”，点取P2处后以定义主切削方向上的外形1；点选“封闭”-“返回”，选“单段”，点取P3处以定义主切削方向上的外形2；点击“确定”结束定义；设置旋转方式，点击“执行”即可。,图6-13扫描曲面构建,5曲面间的接合(Blend)曲面间的接合主要包括曲面间的倒圆和曲面顺接。如图6-14(a)、(b)所示为曲面交接处进行倒圆处理后的效果，图(c)为三个曲面间顺接的效果。此外，曲面接合的处理还有曲面间的修剪和延伸等。各曲面类型的应用特征见表6-1。,图6-14曲面间的接合,表6-1各曲面类型应用特征一览表,表6-1各曲面类型应用特征一览表,6.4CAM基础,当利用CAD功能画好图后，就要开始使用MasterCAM的CAM功能来定义刀路和生成NC程序。所谓刀具路径是指刀具中心所走的路线，是产生数控加工程序的基础。在产生刀具路径前，先应输入各种参数，如刀具补偿方式、刀具直径、坐标设定、引入引出矢量和切削参数等。MasterCAM将对所定义的零件图形的加工轨迹根据此参数来进行计算求解，获得刀具中心轨迹的详细数据，并写入到给定的NCI文件中，供后置处理程序调用，以得到数控加工程序或用于模拟切削。,6.4.1刀具平面、构图平面及其设定,图6-15刀具平面和构图平面设定关系,当刀具平面设定为OFF时，默认的就是俯视面。无论是图(a)还是图(d)的形式，只要刀具面和构图面平行，则构图面中的平面轮廓轨迹都是按XY产生的，如G17G02X_Y_R_；因为按照标准定义，刀具轴线方向始终是Z轴方向。对于图(b)的形式，因为构图面设定为俯视，如果要加工在垂直于刀具平面内的轨迹，若以2D方式铣削时，则刀路将是按轨迹图形在刀具平面上的投影线来计算的。要想得到和实际图形相符的轨迹刀路，就应该按3D方式铣削。不考虑刀补时，可以按实际图形所在构图面产生加工平面指令和圆弧插补指令G18G02X.Z.R.或G18G03X.Z.R.；考虑刀补时，则自动将圆弧逼近为直线进行处理。,若按图(c)的形式，加工平面指令自动按构图平面产生，刀路轨迹按2D计算，圆弧可正常刀补。刀具平面除了可设为俯、主、侧以外，还可由已有图素所在的面，或某图素所在的法线方向来确定，还可由已有的刀具平面旋转指定的角度后产生一新的刀具平面。对这些定义出的刀具平面，如果以后还需要用到，可赋名存储。,当绘图时没有考虑绘图零点的位置，因而使图形零点与编程零点不重合时，一般都会将整个图形进行平移，使之重合；但更简单的方法就是使用刀具原点重设定的功能来达到上述目的。,2机械原点若给定了一个机械原点(50，80，100)，则当系统杂项变数的首项设为01时(即允许用G92来定义工件坐标系，并以此来生成NC程序)，该数据将自动加在G92代码后面，为/G92X50Y80Z100。当系统杂项变数的首项设为2时(即允许用G54来定义工件坐标系，并以此来生成NC程序)，机械原点的设定对NC程序的生成没有影响。,3备刀点备刀点可分为进刀点和退刀点。进刀点：进刀时刀具暂停的位置坐标点(起刀点程序开始时，刀具首先去的位置)退刀点：退刀时刀具停止的位置坐标点(终刀点-程序结束时，刀具所在位置)在用于批量加工时，通常将起刀点和终刀点设为同一点，只需将坯件换上即可开始运行程序进行加工，无需重新对刀。,6.4.3共同的刀具参数设置当进行刀路定义时，无论采用何种加工方式，在选择需要加工的对象图素后，即自动弹出刀具参数设置对话框。根据加工方式不同，对话框中具有不同的选项卡，但刀具参数选项内容是无论哪种方式都共同具有的，称之为共同的NC刀具参数。共同的刀具参数设置如图6-16所示。在刀具缩微图显示区内点击鼠标右键，将弹出一菜单，用以从刀具图库内选取一把刀具，或自定义刀具。,图6-16共同的刀具参数设置,(1)刀具号：系统将根据所选用的刀具自动地分配刀具号，但也允许人为地设置刀号。生成NC程序时，将自动地按照刀号产生TxxM6的自动换刀指令。(2)半径补偿号：当轮廓铣削时设置机床控制器刀补为左(右)补偿时，将在NC程序中产生G41Dxx(G42Dxx)和G40的指令。(3)刀长补偿号：将在NC程序中产生G43Hxx(G44Hxx)和G49的指令。系统会自动分配刀具补偿号，但也可人为设置。(4)进给率：这里将赋予刀具在XY平面内的进给速度，在NC程序中产生Fxxxx指令。,(5)Z轴进给率：赋予Z轴进刀切入时的进给速度。在NC程序中产生Z_Fxxxx指令。进给率可在进行刀具和工件材料设定后自动计算出。但由于刀具和工件数据库中有些数据在公、英制单位上设置过于复杂，而且由于对一些材料牌号的性能了解不够，要想得到一较合适的自动计算结果，所花的时间远超过人为设置所花的时间。一般可根据切削加工手册或按经验人为设定。,(6)刀具直径和刀角半径：刀具直径和刀角半径通常在选用刀具后自动产生，其数据的大小将直接影响刀路数据的计算。当使用平底刀具时，刀角半径=0；曲面加工用球刀，刀角半径=球刀半径；牛鼻刀的刀角半径刀具半径。(7)程序名称：即主程序番号。在NC程序中产生Oxxxx的指令。若在某些方式的加工参数设定项中设定了使用子程序(副程式)的功能，则子程序番号将由系统自动产生。,(8)起始程序行号和行号增量：指生成NC程序中行首的N代码的起始号和行号增量。(9)主轴转速：用以产生NC程序中Sxxxx指令。(10)冷却液：有关闭冷却、射流冷却(M07)、喷雾冷却(M08)和直接冷却四种设定。用以在程序中相应加工起始位置添加M07(或M08)、M09的自动开关冷却液的指令。注意：这里的关闭选项是指不生成M07(或M08)、M09指令，并非指仅生成M09指令。M09指令将由系统自动生成。,(11)机械原点、备刀点和刀具/构图平面设定如前述。(12)杂项变数。整变数的第一项用于设定NC程序中工件坐标系是用G92还是G54。01=G92,2=G54s默认：2。第二项用于设定生成的NC程序是用绝对G90还是相对G91的格式0=G90,1=G91默认：0。第三项用于设定自动返回参考点是用G28还是用G30代码0=G28,1=G30默认：0。其他项：略。,(13)刀具显示：这里的刀具显示设定是用于设置当刀具和切削参数设置完成后，开始进行刀路计算，同时进行刀路校验显示的效果。在操作管理及公共管理中还有加工校验功能。其中，也有关于刀具显示的设置，内容基本相同。其中：连续：指走完整个轨迹是采用自动连续方式，这时需要指定相邻两步间的停留时间。单步方式：走一步就需要人为干预一下，一步一步地走完整个轨迹。用于看清刀具路径。,端点：对整个轨迹来说，刀具只在线段的端点处显示并停留一下。中间过程：刀具在每条线段的起、终点间慢慢移动，这时需要设定移动的步长。静态：沿着刀具路径在每个端点处显示刀具。动态：沿着刀具路径移动刀具，有动感。此外，还有一些参数设置也是在各种刀路定义后都会出现的。那就是有关工作高度设置，如图6-17所示。,图6-17工作高度设置,(14)安全高度和参考高度：在NC程序中，这两高度值只有一个起作用，通常是作为初始Z坐标高度来产生程序代码的。若同时指定这两高度值，则安全高度起作用。当用增量坐标设定时，对应的高度值是相对于毛坯顶面度量的。(15)进给下刀高度：是指刀具从快进转为工进时的Z坐标高度。当用增量坐标设定时，对应的高度值也是相对于毛坯顶面度量的。(16)要加工的表面高度：毛坯顶面所处的Z坐标。当用增量坐标设定时，该Z坐标值是相对于刀路定义时所串连的图素的实际Z深度来度量的。一般都将毛坯顶面高度设为Z=0。,设定毛坯顶面高度的意义在于：用作安全高度、参考高度和进给下刀高度的相对度量基准。当进行深度分层铣削设定后，用以计算所分层数的一参数指标。(17)铣削深度：最终加工深度面的Z坐标。当用增量坐标设定时，该Z坐标值是相对于刀路定义时所串连的图素的实际Z深度来度量的。当进行图素的串连定义时，所拾取的图素就在最终的深度面上，若用增量坐标设定时，该深度等于0。,6.52D刀路定义,6.5.1外形铣削1关于2D和3D的外形铣削2D外形是指组成外形轮廓的所有线、圆弧和曲线等图素均位于同一构图面内，2D外形铣削可根据需要进行电脑刀补或机床刀补编程。,3D外形是指组成外形轮廓的所有线、圆弧和曲线等图素并不一定都位于同一构图面内，3D外形铣削的刀径补偿的左右方向判断是依据构图平面进行的。对于垂直于刀具平面(XY)中的圆弧，若无刀补设定，则按相应构图平面内的圆弧生成程序；若有刀补设定，则自动将圆弧逼近转换成直线而生成程序。2D或3D铣削方式将由系统根据所串连的外形轮廓的性质自动选用。,2外形铣削参数设定外形铣削的大部分参数在上节中已有描述。在此只介绍余下的相关参数项设定。电脑刀补和机床(控制器)刀补：主要用于2D轮廓铣削的刀径补偿。电脑刀补是指生成NC程序时是将整个轮廓按刀补方向均匀地向外或向内偏移一个刀具半径值后算出的刀心轨迹坐标，由此而产生的程序。机床刀补是指生成NC程序时还是按原始轮廓轨迹坐标生成程序，但在程序中相应的位置添加G41、G42、G40的刀补指令。,刀补位置：有刀尖和刀具中心两种选择。主要用于刀具长度Z方向的补偿设定，它仅影响球刀和牛鼻刀等成型刀的编程。刀补路径优化：当电脑刀补关，而设定机床刀补时，该功能有效。该功能可消除在刀路中小于或等于刀具半径的圆弧段，以防止过切。寻找相交性：该功能也是用以在进行电脑刀补计算时防止过切刀路的产生。如外形轮廓中的窄槽部位、交叠部位等。和刀具转角设定一样，该功能只有在电脑刀补设定时才有效。,刀具转角设定：指在轮廓类铣削加工程序生成时，是否需要在图形尖角处自动加上一段过渡圆弧。它主要是针对一些早期刀补功能还不完善的机床而设置的。在第3章3.4节中我们已经提到过有关尖角刀补的处理，对于刀补功能不完善的数控系统，当图形尖角较小时，其刀补结果可能会导致补偿轨迹超程，此时可以借助此刀具转角设定功能，设定为小于135或所有尖角自动添加圆角，便可避免加工时出错的可能。本项设定的效果如图6-18所示。,图6-18刀具转角设定,线性误差：3D圆弧外形和曲线外形铣削时需要设定。线性误差是将这类外形用空间直线进行逼近计算的逼近精度。最大深度偏差：只用于3D外形铣削。当对3D外形进行刀补计算时，两线接点处的补偿轨迹可能有所偏差而交接不上，在此可设定其交接的允许偏差。毛坯余量：用以设定留给下一道工序的加工余量，XY平面和Z深度方向是分开设置的。当前刀路是作为粗加工时需要设定，精加工时不需设定。,3深度方向分层铣削和径向分次铣削深度方向的分层和轮廓径向的分次设定的主要参数是粗切间距、粗切次数、精切间距(精修量)和精修次数等，其含义如图6-19所示。此外还有：,图6-19深度分层和径向分次设定,不提刀：用以设定是否在每一层铣削完后都进行提刀动作，然后再下刀。使用子程序：由于每一层铣削的轨迹都一样，采用子程序编程可大大简化程序量。铣削顺序：可从中心或从深度开始。锥度：可设定带锥度加工。,4引入、引出矢量引入、引出是用来设置下刀后从外部切入到工件内和加工完毕后将刀具引出到外部的过渡段，通常它也就是刀补加载和卸载的线段。当使用机床(控制器)刀补方式时，设置引入、引出矢量是获得合理的NC程序必不可少的内容。引入、引出矢量包括引入线、引出线和弧以及连接方向等，如图6-20所示。,图6-20引入、引出矢量,6.5.2挖槽加工挖槽加工时，其安全面高度、参考面高度、进给下刀深度、毛坯顶面高度、槽底深度和上一节所述一样。Z向刀尖补偿、尖角处理、加工余量和深度分层等的设置可参考外形铣削时的定义。1深度分层设定深度分层的参数中，最大粗切步距、精切次数、精切步距、不提刀设置等和外形铣削概念一致。对于挖槽而言，下述参数是它所特有的。,(1)使用岛屿深度：如果在一个凹槽中的岛屿具有和凹槽不同的顶面深度，则：当不设定使用岛屿深度时，刀路的计算将认为岛屿和凹槽同样高，即每铣一层都将避开岛屿，而不管实际岛屿顶面在何深度处。当设定使用岛屿深度时，刀路的计算将考虑岛屿顶面的真实高度。如果岛屿顶面低于凹槽顶面，则在铣削至岛屿顶面前的每一层都将忽略岛屿的存在，在持续往下的分层加工中再避开岛屿。,(2)使用子程序：由于挖槽时，每一层的刀路基本相同，因此可考虑使用子程序编程的方法，这样可精简程序。但对每一层刀路不相同的挖槽加工来说，是无法使用子程序的。(比如设定锥度挖槽后就不能使用子程序编程方式。)(3)锥壁设定：外壁锥度：用以设置槽形外边界周边的锥角。岛屿锥度：用以设置岛屿周边的锥角。,(4)深度铣削顺序设定：当一个凹槽由于岛屿存在的缘故而将整个凹槽划分成了几个相对独立的区域时，在这些区域间挖槽的顺序可设定如下：区域铣削：先将一个槽区域分层铣削完成后，再去分层铣削下一个槽区。深度铣削：先在一个深度层上将所有的槽区铣削完成后，改变一个深度，再将所有的槽区铣削一层。,2挖槽方式(1)一般挖槽：常用的挖槽定义方式，它只加工槽形边界和岛屿间的部分。(2)边界面再加工：较之一般挖槽方式而言，该方式还可将外槽形边界外的料切除掉(切除量的多少受刀径重叠量的影响)。可用于中间有凸岛，四周低凹类外形的铣削。(3)用岛屿深度加工：同分层加工中使用岛屿深度选项，不需要进行分层设置即可保证加工到岛屿的实际高度。,(4)残料清角：用于换上小直径刀具后，再次对凹槽加工时，专门用以对前次加工时角部残料进行清角加工。通常可在对槽形加工参数设置时选用“使用附加的精加工刀路”选项，这样在操作管理时，就会产生两个挖槽的刀路，将第二个刀路设为残料清角方式。(5)开式槽形加工：用于非封闭式(有敞口的)槽形的加工定义。,3粗、精加工刀路参数(1)挖槽切削方式：有单向、双向行切、等距环切、平行环切、带清角的平行环切、分步环切和真实环切等多种方式。环切时，可选择是由内向外环切或由外向内环切。大多数的粗切都将在整个槽形或岛屿周边留下加工死角，需要最后再来一环绕周边的精修加工。(2)粗切间距：取粗切间距=(0.60.8)D刀，以保证有一定的重叠量。(3)粗切角度：在双向或单向行切时需要设置，它是指刀具来回行走时刀路与X正轴方向的夹角。,(4)刀具路径最佳化：用以优化绕过岛屿的刀具路线。(5)螺旋式/斜向下刀：由于所用刀具不能上下垂直切入，所以可指定这类刀具从某一安全高度面开始以螺旋线方式或以斜线插入的方式向下切入。(6)精修参数：精修是指最后绕整个槽形边界和岛屿边界的轮廓精修。精修次数和精修余量：确定最后以指定的精修余量对整个周边进行指定次数的精修。精修外边界：若不指定该项，精修将只局限于对整个岛屿的边界；指定该项，将同时精修外边界。,(7)精修时机：分层挖槽时，默认的是每层都将进行精修；若设定“精修于最后深度”为有效，则将只在铣削到最后深度层时才精修。不设定“所有的内腔都粗铣完成后再精修”，则将是先分别粗、精铣完某一槽区域后，再去粗、精铣下一槽区域。(8)精修刀补方式：默认的情况是由电脑算出精修边廓时刀具中心的刀路数据，然后生成程序。但也可设定为机床刀补方式。,4挖槽铣削的限制(1)除了特定的敞开式挖槽，其余的槽形铣削都要求所有槽形边界和岛屿边界必须封闭。(2)所有图形使用定义一个内腔，并且所有的岛屿必须处于同一个构图平面上。槽形边界图素的最大边数受内存容量的限制。,6.5.3钻孔加工钻镗加工循环及其参数：G81/G82：适用于h/d刀宽)和端面(或锥面)圆环槽等。图6-49所示是切槽的槽形参数设置对话框。可根据加工要求选择方位，根据槽形设置槽深(高度)、槽宽和几何转角尺寸，对称时可设置一半后由快速设置赋给另一边。槽形粗切参数设置如图6-50所示，切槽刀只能沿径向切削，宽槽切削时可沿轴向由已加工部位退刀。粗切间距应小于刀宽，否则属于间断切槽；间断切槽和深槽分层切割应另外设置参数。对于刀宽=槽宽的窄退刀槽，只需进行粗切刀路定义即可。,图6-49槽形参数设置,图6-50槽形粗切参数设置,4螺纹车削刀路螺纹车削刀路定义时，螺纹轨迹图形是在螺纹形状参数设置时才去选择的，其设置对话框如图6-51所示。螺纹的大径、小径可通过点击对应按钮后返回到图形屏幕去拾取得到，也可根据螺纹公称尺寸和螺距大小从螺纹库表中选择标准螺纹得到。但其始、末端位置则必须切换到图形中去拾取。,图6-51螺纹形状参数设置,螺纹切削参数设置如图6-52所示，在此可以选择后处理输出NC代码时是按基本车螺纹指令G32，还是按简单车螺纹循环G92(/G82)，或者按复合车螺纹循环G76指令方式生成程序；可以选择确定切削次数或每次背吃刀量(切削深度)的算法；可设定切入/切出时的前导长度和退尾长度等。,图6-52螺纹切削参数设置,6.8.3车削程序的生成车削零件所需进行的各种切削刀路定义完成后，即可在操作控制对话框中点选“模拟切削验证”，查看加工效果，如图6-53所示是题图2-2零件的车削模拟结果。结果验证符合要求后，可点击“后处理”生成NC程序。,图6-53模拟加工效果图,采用普通粗、精切方式进行刀路定义后，得到的是用基本线、圆插补指令格式编写的程序，只有用复合车削循环方式进行刀路定义，才可以得到用G71(外圆粗切)、G72(端面粗切)、G73(环状粗切)、G76(复合车螺纹)和G70(精切)指令格式编写的程序。复合车削循环方式时，若链接的轮廓中有圆弧段，系统照样按圆弧段产生参照程序；但有些机床的数控系统是不允许其中含有圆弧段的，为此就需要构建直线段去趋近这些圆弧后再去进行刀路定义，或者直接按基本线圆插补指令生成程序。在图6-45中就有这样一个选择项，可将复合循环方式定义的刀路永久地改变为普通指令算法生成程序。在MasterCAM的lathe模块后处理时，若按FANUC系统的PST文件生成车削程序，则不能直接用于华中数控的TCNC，还需要修改PST文件中的格式定义。,6.9线切割自动编程系统简介,6.9.1MasterCAM的WEDM模块MasterCAM的WEDM模块用于电切削加工的数控自动编程，可生成适于各类数控系统的G代码程序。在前面的6.7节就已经介绍了，只要适当修改后置处理文件，就可以利用铣削模块的轮廓铣削功能来生成线切割的G代码程序。由此可知，线切割的自动编程过程，其实和轮廓铣过程是比较接近的。不过，专用的WEDM模块还可以生成适于四轴、带锥度切割功能和上下异形的线切割加工程序。,12D轮廓切割2D轮廓切割的刀路定义和轮廓铣一样，可以在加工图形轮廓绘制完成后，点击刀路定义轮廓串连，选择轮廓及起点后，弹出如