长工大工程实训1.1 自动编程实训教案

PAGE

1

PAGE1数控铣实训教案课程名称：CAXA制造工程师（CAD/CAM自动编程）工程训练中心2009年12月

长春工业大学工程训练课程教案教师姓名实训项目名称数控铣自动编程时间390分地点工程训练中心数控铣编程室讲授内容讲授内容纲要：一、目的与要求了解自动编程的定义、特点和应用范围；掌握自动编程的编程步骤；熟悉制造工程师的操作界面和命令使用；掌握制造工程师的造型方式和加工方法；能完成简单零件的造型、加工、模拟加工和程序的自动生产；二、教学内容、方法及步骤内容1、教师讲解（数控铣编程室，时间30分钟）自动编程的定义、特点和应用范围自动编程的编程步骤；编程室安全操作及注意事项内容2：教师示范讲解（caxa制造工程师演示讲解，时间30分钟)制造工程师的操作界面和命令使用；制造工程师的造型方式和加工方法；制造工程师简单工件自动编程流程演示；制造工程师工艺单的生产制造工程师程序清单的编辑与修改；制造工程师模拟加工演示；内容3：学生训练、巡回指导（讲解和练习交替进行时间共180分钟）熟悉制造工程师操作界面和指令；实例零件的造型练习；实例零件的加工练习模拟零件加工轨迹，编制程序及验证程序的正确性；在老师的指导下完成要求零件的程序编制。内容4：巡回指导、考评、总结（150分钟）指导学生要求零件的编程过程，总结授课内容，检查学生练习情况给定成绩。详细讲解内容：一、自动编程的定义（图形模式）利用CAD/CAM技术进行零件的设计、分析和造型，并通过后置处理自动生产程序，经过程序校验和修改后，形成加工程序。二、特点和应用范围该方法适用面广，效率高，程序质量好，适用与各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS）。编程范围一般包括一下几个特点：1、曲线轮廓类工件2、空间曲面类零件3、复杂零件4、高精度零件5、一致性要求好的零件三、自动编程的步骤1、对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分2、利用图形软件对需要数控加工的部分造型3、根据加工条件，选择合适的加工参数，生产加工轨迹4、轨迹的仿真检验5、生产G代码6、传给机床加工四、CAXA制造工程师软件及界面简介CAXA制造工程师是由我国北航海尔公司研制开发，面向数控铣床和加工中心的CAD/CAM一体化的数控加工编程软件，全中文界面，便于轻松的学习和操作。它既具有线框造型、曲面造型和实体造型的设计功能，又具有二至五轴的数控加工功能，可用于复杂零件和模具的数控编程。其基本工作流程如下：

1、生成加工零件的几何模型。利用软件中的三维CAD模块设计，或读取其它CAD软件已建立的数据文件。2、选择相应的加工方式，生成加工轨迹，根据加工要求，利用软件中的CAM模块确定刀具、机床类型、具体工艺参数、生成刀具轨迹。利用软件的仿真功能，检验刀具轨迹是否满足要求。3、后置处理。根据选定的机床，机床参数和工艺参数，生成加工程序代码。4、将加工代码传入数控机床。通过通讯软件（或其它方法），将自动编程生成的G代码文件传送至机床数控系统中，通过数控系统控制机床，实现自动加工。界面介绍造型功能1、曲线与线架造型包括十六项功能：直线、圆弧、圆、矩形、椭圆、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、等距线、曲线投影、相关线、样条→圆弧和文字等绘制功能。在系统提示栏的提示下都可以完成相应操作。线架造型练习实例2、曲面造型及实例制造工程师提供了丰富的曲面造型手段，构造完决定曲面形状的关键线框后，就可以在线框基础上，选用各种曲面的生成和编辑方法，在线框上构造所需定义的曲面来描述零件的外表面。根据曲面特征线的不同组合方式，可以组织不同的曲面生成方式。曲面生成方式共有十种：直纹面、旋转面、扫描面、边界面、放样面、网格面、导动面、等距面、平面和实体表面练习图样：完成下图所示图形的曲面造型练习一圆弧在平行于YOZ平面内，圆心：（30，0，-95），半径R=110，要求圆弧沿样条平行导动。样条型值点（X,Y,Z）-70,0,20-40,0,25-20,0,3030,0,15练习二图二图二b轴测图图二a视图3、实体造型及练习实例特征设计是零件设计模块的重要组成部分。CAXA制造工程师2006的零件设计采用精确的特征实体造型技术，它完全抛弃了传统的体素合并和交并差的繁琐方式，将设计信息用特征术语来描述，使整个设计过程直观、简单、准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、点、凸台、圆柱体、块、锥体、球体、管子等等。实例4、自动编程加工讲解实例讲解例1刀具：带中心底孔的直径20mm端铣刀一把。加工要求：粗加工采用环形轨迹的平面区域加工方法，每层切深为8mm。为精加工留有余量：底层平面留0.1mm余量，4×160八边形轮廓留1mm余量，Φ80凸台轮廓留2mm余量。下刀方式采用渐切方式。加工实例参数设置表轨迹仿真轨迹仿真模拟刀具沿轨迹走刀，实现对毛坯的切削的动态图像显示过程可以通过轨迹仿真来实现。这个仿真过程是通过轨迹仿真器来实现的，具体有关轨迹仿真器的使用，请参考轨迹仿真器的帮助。用户通过此处的轨迹仿真命令拾取到相关的轨迹后，右键确认后即可调入轨迹仿真器进行仿真，这里提供了调入轨迹仿真器的两种方式。先从菜单上单击轨迹仿真命令，然后在工作区中或加工管理窗口区中拾取若干轨迹，右键确认即可调入轨迹仿真器。先在工作区中或加工管理窗口区中拾取若干轨迹，然后在加工管理窗口区中右键弹出右键菜单，单击轨迹仿真即可调入轨迹仿真器。

程序清单生成加工练习图样（1）完成实体造型练习图样（2）完成下图所示凹模零件的加工造型和型腔的粗、精加工轨迹

巡回指导：指导学生完成对要求零件的造型和加工演示实例2：五角星的造型与加工五角星造型五角星二维图4.1五角星的造型造型思路：由图纸可知五角星的造型特点主要是有多个空间面组成的，因此在构造实体时首先应使用空间曲线构造实体的空间线架，然后利用直纹面生成曲面，可以逐个生成也可以将生成的一个角的曲面进行圆形均步阵列，最终生成所有的曲面。最后使用曲面裁剪实体的方法生成实体，完成造型。4.1.1绘制五角星的框架1．圆的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，进入空间曲线绘制状态，在特征树下方的立即菜单中选择作圆方式“圆心点_半径”，然后按照提示用鼠标点取坐标系原点，也可以按回车“Enter”键，在弹出的对话框内输入圆心点的坐标（0，0，0），半径R＝100并确认，然后单击鼠标右键结束该圆的绘制。注意：在输入点坐标时，应该在英文输入法状态下输入也就是标点符号是半角输入，否则会导致错误。2．五边形的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“中心”定位，边数5条回车确认，内接。按照系统提示点取中心点，内接半径为100（输入方法与圆的绘制相同）。然后单击鼠标右键结束该五边形的绘制。这样我们就得到了五角星的五个角点。如图3．构造五角星的轮廓线。通过上述操作我们得到了五角星的五个角点，使用曲线生成工具栏上的直线按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”（如图所示），将五角星的各个角点连接。如图所示。使用“删除”工具将多余的线段删除，单击按钮，用鼠标直接点取多余的线段，拾取的线段会变成红色，单击右键确认，如图所示裁剪后图中还会剩余一些线段，单击线面编辑工具栏中“曲线裁剪”按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“快速裁剪”、“正常裁剪”方式，用鼠标点取剩余的线段就可以实现曲线裁剪。这样我们就得到了五角星的一个轮廓。如图所示4．构造五角星的空间线架。在构造空间线架时，我们还需要五角星的一个顶点，因此需要在五角星的高度方向上找到一点（0，0，20），以便通过两点连线实现五角星的空间线架构造。使用曲线生成工具栏上的直线按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”，用鼠标点取五角星的一个角点，然后单击回车，输入顶点坐标（0，0，20），同理，作五角星各个角点与顶点的连线，完成五角星的空间线架。如图所示。4.1.2五角星曲面生成1．通过直纹面生成曲面。选择五角星的一个角为例，用鼠标单击曲面工具栏中的直纹面按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“曲线＋曲线”的方式生成直纹面，然后用鼠标左键拾取该角相邻的两条直线完成曲面，如图所示。注意：在拾取相邻直线时，鼠标的拾取位置应该尽量保持一致（相对应的位置），这样才能保证得到正确的直纹面。2．生成其他各个角的曲面。在生成其他曲面时，我们可以利用直纹面逐个生成曲面，也可以使用阵列功能对已有一个角的曲面进行圆形阵列来实现五角星的曲面构成。单击几何变换工具栏中的按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“圆形”阵列方式，分布形式“均布”，份数“5”，用鼠标左键拾取一个角上的两个曲面，单击鼠标右键确认，然后根据提示输入中心点坐标（0，0，0），也可以直接用鼠标拾取坐标原点，系统会自动生成各角的曲面。如图所示。注意：在使用圆形阵列时，一定要注意阵列平面的选择，否则曲面会发生阵列错误。因此，在本例中使用阵列前最好按一下快捷键“F5”，用来确定阵列平面为XOY平面。3．生成五角星的加工轮廓平面。先以原点为圆心点作圆，半径为110。如图所示。用鼠标单击曲面工具栏中的平面工具按钮，并在在特征树下方的立即菜单中选择“裁剪平面”。用鼠标拾取平面的外轮廓线，然后确定链搜索方向（用鼠标点取箭头），系统会提示拾取第一个内轮廓线（图1），用鼠标拾取五角星底边的一条线（图2），单击鼠标右键确定，完成加工轮廓平面。如图3所示。图1图2图34.1.3生成加工实体1．生成基本体。选中特征树中的XOY平面，单击鼠标右键选择“创建草图”，如图。或者直接单击创建草图按钮（按快捷键F2），进入草图绘制状态。单击曲线生成工具栏上的曲线投影按钮，用鼠标拾取已有的外轮廓圆，将圆投影到草图上，如图。单击特征工具栏上的拉伸增料按钮，在拉伸对话框中选择相应的选项，如图所示。单击确定完成。2．利用曲面裁剪除料生成实体。单击特征工具栏上的曲面裁剪除料按钮，用鼠标拾取已有的各个曲面，并且选择除料方向，如图所示，单击确定完成。3．利用“隐藏”功能将曲面隐藏。单击并选择【编辑】―【隐藏】，用鼠标从右向左框选实体（用鼠标单个拾取曲面），单击右键确认，实体上的曲面就被隐藏了。如图所示。注意：由于在实体加工中，有些图线和曲面是需要保留的，因此不要随便删除。4.2加工前的准备工作设定加工刀具1．选择【加工】→【轨迹生成】→【刀具库管理】命令，弹出刀具库管理对话框。单击“增加铣刀”按钮，在对话框中输入铣刀名称。一般都是以铣刀的直径和刀角半径来表示，刀具名称尽量和工厂中用刀的习惯一致。刀具名称一般表示形式为“D10，r3”，D代表刀具直径，r2．设定增加的铣刀的参数。在刀具库管理对话框中键入正确的数值，刀具定义即可完成。其中的刀刃长度和刃杆长度与仿真有关而与实际加工无关，在实际加工中要正确选择吃刀量和吃刀深度，以免刀具损坏。后置设置用户可以增加当前使用的机床，给出机床名，定义适合自己机床的后置格式。系统默认的格式为FANUC系统的格式。1．选择【加工】－【后置处理】－【后置设置】命令，弹出后置设置对话框。2．增加机床设置。选择当前机床类型，如图所示。3．后置处理设置。选择“后置处理设置”标签，根据当前的机床，设置各参数，如图所示。设定加工范围此例的加工范围直接拾取曲面造型上的轮廓线即可。4.3五角星加工加工思路：等高粗加工、曲面区域加工五角星的整体形状是较为平坦，因此整体加工时应该选择等高粗加工，精加工时应采用曲面区域加工。4.3.1等高粗加工刀具轨迹1．设置“粗加工参数”。单击【加工】－【轨迹生成】－【等高粗加工】，在弹出的“粗加工参数表”中设置“粗加工参数”，如图左所示。设置粗加工“铣刀参数”，如图右所示。2．设置粗加工“切削用量”参数。如图所示。3．确认“进退刀方式”、“下刀方式”、“清根方式”系统默认值。按“确定”退出参数设置。4．按系统提示拾取加工轮廓。拾取设定加工范围的矩形后单击链搜索箭头；按系统提示“拾取加工曲面”，选中整个实体表面，系统将拾取到的所有曲面变红，然后按鼠标右键结束。如图所示。5．生成粗加工刀路轨迹。系统提示：“正在准备曲面请稍候”、“处理曲面”等，然后系统就会自动生成粗加工轨迹。结果如图所示。6．隐藏生成的粗加工轨迹。拾取轨迹，单击鼠标右键在弹出菜单中选择【隐藏】命令，隐藏生成的粗加工轨迹，以便于下步操作。4.3.2曲面区域加工1．设置曲面区域加工参数。单击【加工】－【轨迹生成】－【曲面区域加工】，在弹出的“曲面区域加工参数表”中设置“曲面区域加工”精加工参数，如图左所示。设置精加工“铣刀参数”。如图右所示。2．设置精加工“切削用量”参数。如图所示。3．确认“进退刀方式”系统默认值。按“确定”完成并退出精加工参数设置。4．按系统提示拾取整个零件表面为加工曲面，按右键确定。系统提示“拾取干涉面”，如果零件不存在干涉面，按右键确定跳过。系统会继续提示“拾取轮廓”，用鼠标直接拾取零件外轮廓，单击右键确认，然后选择并确定链搜索方向，如图所示。系统最后提示“拾取岛屿”，由于零件不存在岛屿，我们可以单击右键确定跳过。5．生成精加工轨迹。如图所示。注意：精加工的加工余量=0。4.3.3加工仿真、刀路检验与修改按“可见”铵扭，显示所有已生成的粗/精加工轨迹。2．单击【加工】－【轨迹仿真】，在立即菜单中选定选项，如图所示；按系统提示同时拾取粗加工刀具轨迹与精加工轨迹，按右键；系统将进行仿真加工。如图所示。3．在仿真过程中，系统显示走刀方式。仿真结束后，拾取点观察截面，如图所示。按右键存储仿真结果（文件路径…）。3．观察仿真加工走刀路线，检验判断刀路是否正确、合理（有无过切等错误）。4．单击【加工】－【轨迹编辑】，弹出“轨迹编辑”表，按提示拾取相应加工轨迹或相应轨迹点，修改相应参数，进行局部轨迹修改。若修改过大，应该重新生成加工轨迹。5．仿真检验无误后，可保存粗/精加工轨迹。4.3.4生成G代码1．单击【加工】－【后置处理】－【生成G代码】，在弹出的“选择后置文件”对话框中给定要生成的NC代码文件名（五角星.cut）及其存储路径，按“确定”退出。2．分别拾取粗加工轨迹与精加工轨迹，按右键确定，生成加工G代码。4.3.5生成加工工艺单生成加工工艺单的目的有三个：一是车间加工的需要，当加工程序较多时可以使加工有条理，不会产生混乱。二是方便编程者和机床操作者的交流，凭嘴讲的东西总不如纸面上的文字更清楚。三是车间生产和技术管理上的需要，加工完的工件的图形档案、G代码程序可以和加工工艺单一起保存，一年以后如需要再加工此工件，那么可以立即取出来就加工，一切都是很清楚的，不需要再做重复的劳动。1．选择【加工】→【后置处理】→【生成工序单】命令，弹出选择HTML文件名对话框，输入文件名后按确定。2．屏幕左下边提示拾取加工轨迹，用鼠标选取或用窗口选取或按“W”键，选中全部刀具轨迹，点右键确认，立即生成加工工艺单。生成和结果如图所示。3．加工工艺单可以用IE浏览器来看，也可以用WORD来看并且可以用WORD来进行修改和添加。至此五角星的造型、生成加工轨迹、加工轨迹仿真检查、生成G代码程序，生成加工工艺单的工作已经全部做完，可以把加工工艺单和G代码程序通过中心的局域网送到实训车间去。车间在加工之前还可以通过《CAXA制造工程师》中的校核G代码功能，再看一下加工代码的轨迹形