圖形交互式自動編程應(yīng)用

圖形交互式自動編程應(yīng)用第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四圖形交互式自動編程應(yīng)用圖形交互式自動編程概述典型零件CAD/CAM實例第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四8.1圖形交互式自動編程概述圖形交互式自動編程的基本概念CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、圖形交互式自動編程的基本概念計算機輔助數(shù)控編程技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個方面，即用APT（AutomaticallyProgrammedTool）語言自動編程和用CAD（計算機輔助設(shè)計）/CAM（計算機輔助制造）一體化數(shù)控編程語言進行圖形交互式自動編程。APT語言是用專用語句書寫源程序，將其輸入計算機，由APT處理程序經(jīng)過編譯和運算，輸出刀具軌跡，然后再經(jīng)過后置處理，把通用的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床所要求的數(shù)控指令格式。采用APT語言自動編程可將數(shù)學(xué)處理及編寫加工程序的工作交給計算機完成，從而提高了編程的速度和精度，解決某些手工編程無法解決的復(fù)雜零件的編程問題。然而，這種方法也有不足之處。由于APT語言是開發(fā)得比較早的計算機數(shù)控編程語言，而當(dāng)時計算機的圖形處理功能不強，所以必須在APT源程序中用語言的形式去描述本來十分直觀的幾何圖形信息及加工過程，再由計算機處理生成加工程序，致使這種編程方法直觀性差，編程過程比較復(fù)雜且不易掌握，編制過程中不便于進行階段性檢查。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四圖形交互式自動編程的基本概念CAD/CAM集成數(shù)控編程普遍采用圖形交互自動編程方法，通過專用的計算機軟件來實現(xiàn)。這種軟件通常以機械計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件為基礎(chǔ)，利用CAD軟件的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計算機上，形成零件的圖形文件，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機對話的方式在計算機屏幕上指定被加工的部位，再輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，計算機就可自動進行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時在計算機屏幕上動態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。很顯然，這種編程方法與手工編程和用APT語言編程相比，具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡單、便于檢查等優(yōu)點。20世紀(jì)90年代中期以后，CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)向集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化和虛擬化方向迅速發(fā)展。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用1.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理CAD/CAM集成數(shù)控編程是以待加工零件CAD模型為基礎(chǔ)的一種集加工工藝規(guī)劃（ProcessPlanning）及數(shù)控編程為一體的自動編程方法。其中零件CAD模型的描述方法很多，適用于數(shù)控編程的方法主要有表面模型（SurfaceModel）和實體模型（SolidModel），其中表面模型在數(shù)控編程應(yīng)用中較為廣泛。以表面模型為基礎(chǔ)的CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)習(xí)慣上稱為圖像數(shù)控編程系統(tǒng)。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理CAD/CAM集成數(shù)控編程的主要特點是零件的幾何形狀可在零件設(shè)計階段采用CAD/CAM集成系統(tǒng)的幾何設(shè)計模塊在圖形交互方式下進行定義、顯示和修改，最終得到零件的幾何模型。數(shù)控編程的一般過程包括刀具的定義或選擇、刀具相對于零件表面的運動方式的定義、切削加工參數(shù)的確定、進給軌跡的生成、加工過程的動態(tài)圖形仿真顯示、程序驗證直到后置處理等，一般都是在屏幕菜單及命令驅(qū)動等圖形交互方式下完成的，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與以表面模型為基礎(chǔ)的數(shù)控編程方法相比，以實體模型為基礎(chǔ)的數(shù)控編程方法較為復(fù)雜?；诒砻婺Ｐ偷臄?shù)控編程系統(tǒng)一般僅用于數(shù)控編程，也就是說，其零件的設(shè)計功能（或幾何造型功能）是專為數(shù)控編程服務(wù)的，針對性很強，易于使用，典型的軟件系統(tǒng)有MasterCAM、SurfCAM等數(shù)控編程系統(tǒng)，其編程原理和過程如圖8.1（a）所示。而基于實體模型的數(shù)控編程系統(tǒng)則不同，其實體模型一般都不是專為數(shù)控編程服務(wù)的，甚至不是為數(shù)控編程而設(shè)計的。因此，為了用于數(shù)控編程往往需要對實體模型進行可加工性分析，識別加工特征（MachiningFeature）（加工表面或加工區(qū)域），并對加工特征進行加工工藝規(guī)劃，最后才能進行數(shù)控編程，其中每一步可能都很復(fù)雜，需要在人機對話方式下進行，其數(shù)控編程的原理與過程如圖8.1（b）所示。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用2.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成一個集成化的CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)，一般由幾何造型、刀具軌跡生成、刀具軌跡編輯、刀具軌跡驗證、后置處理、圖形顯示、幾何模型內(nèi)核、運行控制及用戶界面等組成，如圖8.2所示。整個系統(tǒng)的核心是幾何模型內(nèi)核。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成在幾何造型模塊中，常用的幾何模型包括表面模型（SurfaceModel）、實體模型（SolidModel）和加工特征單元模型（MachinedFeatureModel）在集成化的CAD/CAM系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的幾何模型表示方法是邊界表示法（B-Rep：BoundaryRepresentation）和結(jié)構(gòu)化實體幾何法（CSC：ConstructiveSolidGeometry）。在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中，最常用的幾何模型內(nèi)核主要有兩種，Parasolid和ACIS。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成多軸刀具軌跡生成模塊直接采用幾何模型中加工（特征）單元的邊界表示模式，根據(jù)所選用的刀具及加工方式進行刀位計算，生成數(shù)控加工刀具軌跡。刀具軌跡編輯根據(jù)加工單元的約束條件對刀具軌跡進行裁剪、編輯和修改。刀具軌跡驗證一方面檢驗刀具軌跡是否正確，另一方面檢驗刀具是否與加工單元的約束面發(fā)生干涉和碰撞，其次是檢驗刀具是否啃切加工表面。圖形顯示貫穿整個設(shè)計與加工編程過程的始終。用戶界面提供給用戶一個良好的操作環(huán)境。運行控制模塊支持用戶界面所有的輸入方式到各功能模塊之間的接口。第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的組成第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的原理與應(yīng)用3.CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（1）熟悉系統(tǒng)的功能與使用方法全面了解系統(tǒng)的功能和使用方法有助于正確運用該系統(tǒng)進行零件數(shù)控加工程序編制。1）了解系統(tǒng)的功能框架首先，應(yīng)了解CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的總體功能框架，包括造型設(shè)計、二維工程繪圖、裝配、模具設(shè)計、制造等功能模塊，以及每一個功能模塊所包含的內(nèi)容，特別應(yīng)關(guān)注造型設(shè)計中的草圖設(shè)計、曲面設(shè)計、實體造型以及特征造型的功能，因為這些是數(shù)控編程的基礎(chǔ)。第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用2）了解系統(tǒng)的數(shù)控加工編程能力一個系統(tǒng)的數(shù)控編程能力主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①適用范圍：車削、銑削、線切割等。②可編程的坐標(biāo)數(shù)：點位、二坐標(biāo)、三坐標(biāo)、四坐標(biāo)及五坐標(biāo)。③可編程的對象：多坐標(biāo)點位加工編程、表面區(qū)域加工編程（是否具備多曲面曲域的加工編程）、輪廓加工編程、曲面交線及過渡區(qū)域加工編程、型腔加工編程、曲面通道加工編程等。④有無刀具軌跡的編輯功能，有哪些編輯手段，如刀具軌跡變換、裁剪、修正、刪除、轉(zhuǎn)置、勻化（刀位點加密、濃縮和篩選）、分割及連接等。⑤有無刀具軌跡驗證功能，有哪些驗證手段，如刀具軌跡仿真、刀具運動過程仿真、加工過程模擬和截面法驗證等。第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用3）熟悉系統(tǒng)的界面和使用方法通過系統(tǒng)提供的手冊示例或教程，熟悉系統(tǒng)的操作界面和風(fēng)格，掌握系統(tǒng)的使用方法。4）了解系統(tǒng)的文件管理方式零件的數(shù)控加工程序是以文件形式存在的。在實際編程時，往往還要構(gòu)造一些中間文件，如零件模型（或加工單元）文件、工作過程文件（日志文件）、幾何元素（曲線、曲面）的數(shù)據(jù)文件、刀具文件、刀位原文件、機床數(shù)據(jù)文件等。在使用之前應(yīng)熟悉系統(tǒng)對這些文件的管理方式以及它們之間的關(guān)系。第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（2）零件圖及加工工藝分析1）分析待加工表面一般來說，在一次加工中，只需對加工零件的部分表面進行加工，主要內(nèi)容有：確定待加工表面及其約束面，并對其幾何定義進行分析，必要時需對原始數(shù)據(jù)進行一定的預(yù)處理，要求所有幾何元素的定義具有惟一性。2）確定加工方法根據(jù)零件毛坯形狀及其約束面的幾何形態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)有機床設(shè)備條件，確定零件的加工方法及所需的機床設(shè)備和工夾量具。第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用3）選擇合適的刀具可根據(jù)加工方法和加工表面及其約束面的幾何形態(tài)選擇合適的刀具類型及刀具尺寸。但對于某些復(fù)雜曲面零件，則需要對加工表面及其約束面的幾何形態(tài)進行數(shù)值計算，根據(jù)計算結(jié)果才能確定刀具類型和刀具尺寸，這是因為，對于一些復(fù)雜曲面零件的加工，希望所選擇的刀具加工效率高，同時又希望所選擇的刀具符合加工表面的要求，且不與非加工表面發(fā)生干涉或碰撞。不過，在某些情況下，加工表面及其約束面的幾何形態(tài)數(shù)值計算很困難，只能根據(jù)經(jīng)驗和直覺選擇刀具，這時，便不能保證所選擇的刀具是合適的，在刀具軌跡生成之后，需要進行一定的刀具軌跡驗證。4）確定編程原點及編程坐標(biāo)系一般根據(jù)零件的基準(zhǔn)面（或孔）的位置以及待加工表面及其約束面的幾何形態(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（也稱工件坐標(biāo)系）。5）確定加工路線并選擇合理的工藝參數(shù)。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（3）幾何造型對待加工表面及其約束面進行造型是數(shù)控加工編程的第一步。對于CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)來說，一般可根據(jù)幾何元素的定義方式，在前述零件分析的基礎(chǔ)上，對加工表面及其約束面進行幾何造型。幾何造型就是利用計算機輔助編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面造型等有關(guān)指令將零件被加工部位的幾何圖形準(zhǔn)確地繪制在計算機屏幕上，與此同時，在計算機內(nèi)自動形成零件的圖形數(shù)據(jù)文件，作為下一步刀位軌跡計算的依據(jù)。第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（4）刀具軌跡生成計算機輔助編程的刀具軌跡生成是面向屏幕上的圖形交互進行的。一般可在所定義的加工表面（或加工單元）上確定其外法向矢量方向，并選擇一種進給方式，根據(jù)所選擇的刀具（或定義的刀具）和加工參數(shù)，系統(tǒng)將自動生成所需的刀具軌跡。所要求的加工參數(shù)包括：安全平面、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、切削深度、加工余量、進刀/退刀方式等。當(dāng)然，對于某一加工方式來說，可能只要求其中的部分加工參數(shù)。刀具軌跡生成后，若系統(tǒng)具備刀具軌跡顯示及交互編輯功能，則可以將刀具軌跡顯示出來，如果有不妥之處，可在人機交互方式下對刀具軌跡進行適當(dāng)?shù)木庉嬇c修改。刀具軌跡計算的結(jié)果存放在刀位原文件中（.cls）。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)的應(yīng)用（5）刀具軌跡驗證如果系統(tǒng)具有刀具軌跡驗證功能，對于可能過切、干涉與碰撞的刀位點，采用系統(tǒng)提供的刀具軌跡驗證手段進行檢驗。需要說明的是，對于非動態(tài)圖形仿真驗證，由于刀具軌跡驗證需要大量應(yīng)用曲面求交算法，計算時間較長，最好是在批處理方式下進行，檢驗結(jié)果存放在刀具軌跡驗證文件中，供分析和圖形顯示用。（6）后置處理后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件。由于各種機床使用的控制系統(tǒng)不同，所以所用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。為解決這個問題，軟件通常設(shè)置一個后置處理文件。在進行后置處理時，應(yīng)根據(jù)所選用的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)用其機床數(shù)據(jù)文件，運行數(shù)控編程系統(tǒng)提供的后置處理程序，將刀位原文件轉(zhuǎn)換成適應(yīng)該數(shù)控系統(tǒng)的加工程序。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四8.2典型零件CAD/CAM實例本節(jié)通過實例，介紹如何應(yīng)用MasterCAMX2系統(tǒng)進行計算機輔助設(shè)計與制造。1.加工的一般流程MasterCAM系統(tǒng)加工的一般流程是：利用CAD模塊設(shè)計產(chǎn)品的3D模型，利用CAM模塊產(chǎn)生NCI文件，通過POST后處理產(chǎn)生NC文件（數(shù)控設(shè)備可以執(zhí)行的代碼）。2.加工的工作原理下面通過一個加工實例來向用戶闡述MasterCAMX2系統(tǒng)加工的工作原理，主要包括如何產(chǎn)生合理的刀具路徑，選擇合適的POST后處理器產(chǎn)生NC程序，以及分析NC程序所代表的意義，以便用戶可以快速掌握和使用系統(tǒng)的加工命令。第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例根據(jù)圖8.3所示為加工的幾何圖形對象，具體操作步驟如下：（1）執(zhí)行菜單欄中的FileOpen命令，打開文件“LI.MCX”，如圖8.3所示。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例（6）在如圖8.8所示的刀具欄中選擇Φ8平銑刀，在設(shè)置刀號Tool#為1，長度補償號Len.為1，半徑補償號Dia.為1，平面進給率Feedrate為300，進刀速率Plunge為100，轉(zhuǎn)速Spindle為2000，退刀速率Retract為1500。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四典型零件CAD/CAM實例第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四