復(fù)雜零件的自動(dòng)編程及應(yīng)用

（ 甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

摘 要：為了解決復(fù)雜零件手工編程比較復(fù)雜、繁瑣，且計(jì)算量大的缺點(diǎn)，用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等軟件完成自動(dòng)編程與加工，在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)率。本文主要介紹常用的自動(dòng)編程軟件及采用Master CAM軟件編程實(shí)例。

關(guān)鍵詞：數(shù)控編程;自動(dòng)編程;Master CAM軟件

1 引言

在數(shù)控加工過程中，很多因素都會(huì)影響零件的加工質(zhì)量，尤其是復(fù)雜零件的加工。由于復(fù)雜零件的加工內(nèi)容較多，為了在加工零件時(shí)既保證其精度又保證其生產(chǎn)率，則需要編制出合理的加工程序。對(duì)于復(fù)雜零件，其手工編程過程非常復(fù)雜、繁瑣，且周期較長，而且手工編程的對(duì)編程者的知識(shí)水平要求高。采用自動(dòng)編程軟件就可以解決這些問題，如用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等軟件完成自動(dòng)編程與加工，在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)率。

2 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)編程的內(nèi)容與步驟

2.1 自動(dòng)編程

自動(dòng)編程也稱為計(jì)算機(jī)（或編程機(jī)）輔助編程，即將輸入計(jì)算機(jī)的零件設(shè)計(jì)和加工信息自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為數(shù)控裝置能夠讀取和執(zhí)行的指令（或信息）的過程就是自動(dòng)編程[1]。在自動(dòng)編程過程中，零件信息作為編程的核心內(nèi)容，是確保數(shù)控編程自動(dòng)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要依據(jù)，如果將其有效的表達(dá)至關(guān)重要，近年來引起了相關(guān)部門的高度重視。通常情況下，對(duì)于編程程序是否正確的檢查，編程人員可以通過計(jì)算機(jī)仿真來實(shí)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)修改。

所謂自動(dòng)編程，是借助計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備裝置自動(dòng)完成從零件圖構(gòu)造、零件加工程序編制到控制介質(zhì)制作等工作的一種編程方法。

2.2 自動(dòng)編程的內(nèi)容與步驟

所謂數(shù)控編程，主要是指零件圖紙到數(shù)據(jù)加工程序的整個(gè)過程，其核心工作主要是對(duì)加工過程中所涉及的刀位點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。這里所說的刀位點(diǎn)，通常是指刀具表面和軸線的交點(diǎn)，如果是軸加工，那么還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上加入刀軸矢量。就目前數(shù)控編程的內(nèi)容來看，大致包括7個(gè)方面，即零件圖樣分析、加工工藝確定、數(shù)學(xué)處理、零件加工程序編寫、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗(yàn)和首件試切[2]。

手工編程和自動(dòng)編程是編程加工的兩種類型，選擇的標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)問題的復(fù)雜程度來決定。就目前自動(dòng)變成所采用的方式來看，主要以圖形交互式自動(dòng)編程為主，這種編程系統(tǒng)是CAM和CAD兩者的高度結(jié)合，所以有時(shí)人們也將該系統(tǒng)成為CAD/CAM系統(tǒng)，其工作流程如圖1所示。作為當(dāng)前最先進(jìn)的數(shù)控加工編程方法，其采取的方式主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐，利用人機(jī)交互圖形方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)零件形狀的計(jì)算機(jī)化和加工仿真，整個(gè)操作過程具有極高的效率，而且不易出錯(cuò)。除此之外，還可以通過特有的數(shù)據(jù)接口將CAD設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成一體化，實(shí)現(xiàn)無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造。

計(jì)算機(jī)輔助編程的步驟：

為了更好的實(shí)現(xiàn)各種類型的零件加工，計(jì)算機(jī)輔助編程對(duì)自身的編程步驟進(jìn)行了完善，完善之后的步驟主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）零件的幾何建模

（2）加工方案與加工參數(shù)的合理選擇

（3）刀具軌跡生成。在零件加工過程中，刀具軌跡的生成占據(jù)著重要位置，此環(huán)節(jié)的任務(wù)主要是確保所生成的刀具軌跡能夠滿足刀具的加工要求，即無碰撞、無干涉、軌跡光滑、代碼質(zhì)量高，以此來為后續(xù)步驟的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（4）數(shù)控加工仿真。在零件加工過程中，加工程序的質(zhì)量往往與零件形狀的難易程度和加工環(huán)境相關(guān)，與此同時(shí)，想要從根本上提高加工程度的質(zhì)量，編程人員還需要對(duì)加工過程中所涉及的過切、欠切以及機(jī)床各部件之間的干涉碰撞給予高度重視。

（5）后置處理。最后一個(gè)步驟是后置處理，對(duì)于數(shù)控加工編程工作來說，該步驟同樣非常重要。所謂后置處理，主要是指將通用前置處理生成的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于具體機(jī)床數(shù)據(jù)的數(shù)控加工程序。目前，后置處理這一步驟中包含的內(nèi)容有很多，比如說，機(jī)床機(jī)構(gòu)誤差補(bǔ)償、機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性校核修正以及代碼轉(zhuǎn)換等。

3 Master CAM軟件自動(dòng)編程

Master CAM是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實(shí)感摸擬等多種功能于一身。它具有方便直觀的幾何造型。Master CAM提供了設(shè)計(jì)零件外形所需的理想環(huán)境，其強(qiáng)大穩(wěn)定的造型功能可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲線、曲面零件。

Master CAMX5支持2軸、3軸和4軸、5軸加工程序的編制，其中包括平面加工、外形加工、鉆孔加工圓弧加工等加工模板，可以完成復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序編制[1]。

3.1 Master CAM軟件編程的步驟

在進(jìn)行零件加工工藝分析后，使用Master CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的一般步驟：

（1）將Pro/E造型出的零件模型（文件格式為IGES，保存時(shí)選擇曲面和線框），導(dǎo)入到Master CAM軟件中;（2）選擇機(jī)床類型;（3）選擇毛坯;（4）選擇刀具，設(shè)置填寫加工參數(shù);（5）軌跡生成與仿真;（6）后處理程序，生成G代碼。

3.2 Master CAM軟件自動(dòng)編程實(shí)例

在Master CAM軟件中打開之前在Pro/E中生成的零件實(shí)體圖，建立加工模型，選擇銑床（默認(rèn)）選擇加工刀具，設(shè)置加工參數(shù)，軌跡生成與仿真生成G代碼。

（1）導(dǎo)入模型，如圖1所示。

（2）建立毛坯。在機(jī)床群組屬性中選擇毛坯形狀選圓柱、邊界框（展開半徑、高度三個(gè)方向分別為1）建立毛坯，如圖2、圖3所示。

（3）建立刀具，設(shè)置加工路徑與參數(shù)。1）選擇銑床（默認(rèn)）銑削刀路為外形銑，刀具選擇直徑為10mm總長為70的平底刀，設(shè)置加工參數(shù)：進(jìn)給率為300，主軸轉(zhuǎn)速為3500，每刃進(jìn)刀量為0.025，生成刀具路徑;2）選擇銑削刀路為平面銑削，刀具選擇直徑5mm總長為70的平底刀，設(shè)置參數(shù)：進(jìn)給率450，主軸轉(zhuǎn)速4500，每刃進(jìn)給量0.025，生成刀具路徑;3）選擇刀具路徑為挖槽，所用刀具為直徑10mm的平底刀，設(shè)置加工參數(shù)：進(jìn)給率400.主軸轉(zhuǎn)速2000，每刃進(jìn)刀量0.05，生成刀具路徑;4）對(duì)其再進(jìn)行挖槽精加工，所用刀具為直徑為1mm的平底刀;設(shè)置加工參數(shù)同上;5）選擇刀具路徑外形銑，刀具直徑為1mm，設(shè)置加工參數(shù)：進(jìn)給率200，主軸轉(zhuǎn)速1000，每刃進(jìn)刀量0.05，生成刀具路徑;6）選擇刀具路徑為放射狀曲面粗加工，設(shè)置刀具為直徑5mm的球刀，設(shè)置加工參數(shù)：進(jìn)給率200，主軸轉(zhuǎn)速2500，下刀速率100，生成刀具路徑;7）再加一次放射狀曲面精加工，刀具為直徑2mm的球刀;8）最后鉆中間的孔。下圖5～10為外形銑加工參數(shù)設(shè)置方法。

（4）軌跡生成與仿真。所謂軌跡仿真，就是在三維狀態(tài)下對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行全方位模擬，并在基礎(chǔ)上進(jìn)行毛坯切削和材料去除的過程。軌跡仿真一般都是在軌跡生成之后進(jìn)行的，經(jīng)過多次軌跡仿真模擬，可以進(jìn)一步提高實(shí)際加工過程的準(zhǔn)確率，提高加工精度和整體的生產(chǎn)效率。部分軌跡如圖11所示，仿真加工如圖12所示。

（5）后處理生成G代碼。在Master CAM軟件中輸出G代碼程序?qū)С觥?dǎo)出的程序經(jīng)檢驗(yàn)之后就可以輸入到數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行首件試加工，再實(shí)際加工中進(jìn)行程序的改良。

4 結(jié)論

從上文的分析我們可以看出，如果工件形狀的復(fù)雜程度較高，無法通過手工編程將其解決，那么自動(dòng)變成無疑成為了最佳的辦法。利用自動(dòng)變成軟件，我們可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模⒃诖嘶A(chǔ)上通過反復(fù)模擬，提高編程的準(zhǔn)確性。即使是在實(shí)際加工過程中出現(xiàn)問題，也可以及時(shí)加以改正。但是需要注意的是，由于受到諸多因素的限制，從而使得當(dāng)前自動(dòng)編程無法達(dá)到最理想的效果，這一問題有待進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉家儒.Master CAMX5中文版標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011（12）.

[2]李善術(shù).數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：王瓊（1981-），甘肅天水人，工程碩士，甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要研究方向：機(jī)械產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)。