數(shù)控畢業(yè)論文--基于master cam的自動(dòng)編程與加工 (2)

1、<p>　　基于Master CAM的自動(dòng)編程與加工</p><p>　　摘要：通過典型零件分析MasterCAM在零件造型，設(shè)計(jì)方法和編輯技巧。討論二維輪廓刀具路徑的生成方法。MasterCAM作為高端CAD/CAM軟件在實(shí)際加工中有著廣泛應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：MasterCAM 刀具路徑 數(shù)控加工 自動(dòng)編程 加工工藝</p>&l

2、t;p><b>　　一、自動(dòng)編程的特點(diǎn)</b></p><p>　　使用Mastercam 實(shí)現(xiàn)DNC加工, DNC（直接數(shù)控）是指用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其技術(shù)是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于本工件較大，處理的數(shù)據(jù)多，所生成的程序長(zhǎng)，數(shù)控機(jī)床的磁泡存儲(chǔ)器已不能滿足程序量的要求，這樣就必須采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，將計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床連接起來。利用M

3、astercam的Communic功能進(jìn)行通訊，而不必考慮機(jī)床的內(nèi)存不足問題,經(jīng)大量的實(shí)踐，用Mastercam軟件編制復(fù)雜零件的加工程序極為方便，而且能對(duì)加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，真實(shí)反映加工過程中的實(shí)際情況。</p><p><b>　　1.基本特點(diǎn)：</b></p><p>　　(1) 數(shù)學(xué)處理能力強(qiáng)</p><p>　　對(duì)輪廓形狀不是由簡(jiǎn)單

4、的直線、圓弧組成的復(fù)雜零件，特別是空間曲面零件，以及幾何要素雖不復(fù)雜，但程序量很大的零件，計(jì)算工作相當(dāng)繁瑣，采用手工編制程序的方法是難以完成的。例如，對(duì)一般二次曲線廓形，手工編程必須采取直線或圓弧逼近的方法，算出各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值，其中列算式、解方程，雖說能借助計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算，但工作量之大是難以想象的。而自動(dòng)編程借助于系統(tǒng)軟件強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理能力，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)計(jì)算出加工該曲線的刀具軌跡，快速而又準(zhǔn)確。自動(dòng)編程系統(tǒng)還能處理手工編程難以勝任的二次

5、曲面和特殊曲面。</p><p>　　(2) 快速、自動(dòng)生成數(shù)控程序</p><p>　　對(duì)非圓曲線的輪廓加工，手工編程即使解決了節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，也往往因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)過多，程序段很大而使編程工作又慢又容易出錯(cuò)。自動(dòng)編程的優(yōu)點(diǎn)之一，就是在完成計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡之后，后置處理程序能在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，且該數(shù)控加工程序不會(huì)出現(xiàn)語法錯(cuò)誤。當(dāng)然自動(dòng)生成數(shù)控加工程序的速度還取決于計(jì)算機(jī)硬件的

6、檔次，檔次越高，速度越快。</p><p>　　(3) 后置處理程序靈活多變</p><p>　　由于數(shù)控系統(tǒng)的指令形式不盡相同，機(jī)床的輔助功能也不一樣，伺服系統(tǒng)的特性也有差別。因此，同一個(gè)零件在不同的數(shù)控機(jī)床上加工，數(shù)控加工程序也應(yīng)該是不一樣的。但在前置處理過程中，大量的數(shù)學(xué)處理，軌跡計(jì)算卻是一致的。這就是說，前置處理可以通用化，只要稍微改變一下后置處理程序，就能自動(dòng)生成適用于不同數(shù)控機(jī)

7、床的數(shù)控程序來。后置處理相比前置處理，工作量要小得多，程序簡(jiǎn)單得多，因而它靈活多變。對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，取用不同的后置處理程序，等于完成了一個(gè)新的自動(dòng)編程系統(tǒng)，極大地?cái)U(kuò)展了自動(dòng)編程系統(tǒng)的使用范圍。</p><p>　　(4) 程序自檢、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、</p><p>　　復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序往往很長(zhǎng)，要一次編程成功，不出一點(diǎn)錯(cuò)誤是不現(xiàn)實(shí)的。手工編程時(shí)，可能出現(xiàn)書寫有錯(cuò)誤，算式有問題，也可能

8、程序格式出錯(cuò)，靠人工檢查一個(gè)個(gè)的錯(cuò)誤是困難的，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。采用自動(dòng)編程，程序有錯(cuò)主要是原始數(shù)據(jù)不正確而導(dǎo)致刀具運(yùn)動(dòng)軌跡有誤，或刀具與工件干涉，或刀具與機(jī)床相撞，等等。自動(dòng)編程能夠通過系統(tǒng)先進(jìn)的、完善的診斷功能，在計(jì)算機(jī)屏幕上對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，連續(xù)、逼真地顯示刀具加工軌跡和零件加工輪廓，發(fā)現(xiàn)問題能及時(shí)對(duì)數(shù)控加工程序中產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置及類型進(jìn)行修改，快速又方便。現(xiàn)在，往往在前置處理階段計(jì)算出刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以后立即進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬檢查，確定

9、無誤以后再進(jìn)入后置處理階段，生成正確的數(shù)控加工程序來。</p><p>　　(5) 便于實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通訊 </p><p>　　二、自動(dòng)編程的應(yīng)用場(chǎng)合</p><p>　　1.自動(dòng)編程特點(diǎn)：編程工作的大部分或全部由計(jì)算機(jī)完成的過程稱自動(dòng)

10、編程。編程人員只要根據(jù)零件圖紙和工藝要求，用規(guī)定的語言編寫一個(gè)源程序或者將圖形信息輸入到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行處理，計(jì)算出刀具中心的軌跡，編寫出加工程序清單，并自動(dòng)制成所需控制介質(zhì)。由于走刀軌跡可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪出，所以可方便地對(duì)編程錯(cuò)誤及時(shí)修正。</p><p>　　2.適用場(chǎng)合：但對(duì)于形狀復(fù)雜或輪廓不是由直線、圓弧組成非圓曲線零件;或者是空但程序量很大，因計(jì)算相當(dāng)繁瑣，手工編程困難且易出錯(cuò)，必須采用自動(dòng)編

11、程的方法。</p><p>　　三、手動(dòng)編程的應(yīng)用場(chǎng)合</p><p>　　1.手動(dòng)編程特點(diǎn)：從零件圖樣分析及工藝處理、數(shù)值計(jì)算、書寫程序單、制穿孔紙帶直至程序的校驗(yàn)等各個(gè)步驟，均由人工完成，則屬手工編程。</p><p>　　2.適用場(chǎng)合：對(duì)于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件來說，編程計(jì)算較簡(jiǎn)單，程序量不大，手工編程即可實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于形狀復(fù)雜或輪廓不是由直線、圓弧組

12、成非圓曲線零件</p><p>　　3.自動(dòng)編程和手動(dòng)編程相比較</p><p>　　1）手動(dòng)編程沒有自動(dòng)編程應(yīng)用廣泛、手動(dòng)編程只適合零件比較簡(jiǎn)單、程序單比較短的工件。而自動(dòng)編程對(duì)輪廓形狀不是由簡(jiǎn)單的直線、圓弧組成的復(fù)雜零件，特別是空間曲面零件，以及幾何要素雖不復(fù)雜，但數(shù)控機(jī)床程序量很大的零件，計(jì)算則相當(dāng)繁瑣，采用手工程序編制是難以完成的工件。</p><p>　　

13、2）手動(dòng)編程沒有自動(dòng)編程效率高、準(zhǔn)確度高</p><p>　　3）手動(dòng)編程容易出錯(cuò)數(shù)字容易出錯(cuò) </p><p>　　四、常見的自動(dòng)編程方法</p><p>　　數(shù)控編程有很多軟件最常用的有常見自動(dòng)編程的方法主要有ug，pro-E，mastercam，caxa等，ug應(yīng)用最廣。自動(dòng)編程實(shí)際上是進(jìn)行一系列設(shè)置后進(jìn)行刀具模擬，

14、然后在把刀位數(shù)據(jù)用某一處理器生成G代碼。它有不同的加工類型，比如說輪廓銑削，曲面銑削，刻模.....，主要用在加工中心，線切割等，車床基本不用，除非是不規(guī)則曲線，加工中心上也主要是加工不規(guī)則曲面，或者是復(fù)雜的輪廓 </p><p>　?。?）PRO / E軟件</p><p>　　1）鑄造模具廠金屬模具和壓鑄模具的加工企業(yè)現(xiàn)在使用PRO/E軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用其實(shí)體參數(shù)化的功能。PRO/E

15、的開發(fā)比較早目前在機(jī)加工和模具制造方面使用比較多（特別是日企和臺(tái)企），其特點(diǎn)在于參數(shù)化設(shè)計(jì)和曲面建模方面的專長(zhǎng)，但缺點(diǎn)是其操作不怎么人性化</p><p><b>　?。?）UG軟件</b></p><p>　　1）UG的功能比較強(qiáng)大，既有強(qiáng)大的繪圖功能，又有很強(qiáng)的編程后處理功能，還有電極拆分，分模等擴(kuò)展模塊，所以被很多人用到。</p><p>

16、;　　（3）CIMATRON/DELCAM等軟件</p><p>　　1）而數(shù)控編程軟件則使用CIMATRON和DELCAM,在實(shí)際工作中使用的效果比較好。</p><p>　?。?）Mastercam軟件</p><p>　　五、國(guó)內(nèi)外Master CAM技術(shù)發(fā)展?fàn)顩rCAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造)技術(shù)產(chǎn)生于19世紀(jì)50年代后期發(fā)達(dá)國(guó)家的航空和軍事工業(yè)中，

17、隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來。1989年美國(guó)國(guó)家工學(xué)院將CAD/CAM技術(shù)評(píng)為當(dāng)代（1964~1989）十項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就之一。30多年來CAD技術(shù)和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已迅速成軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴(kuò)展，由大型企業(yè)向中型小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中普及，對(duì)設(shè)計(jì)和制造業(yè)產(chǎn)生了革命性的影響，而且這一技術(shù)正在從發(fā)達(dá)國(guó)家“流向”發(fā)展中國(guó)家。</p

18、><p>　　六、選擇Mastercam作為課題的原因</p><p>　　Mastercam具有強(qiáng)勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多種先進(jìn)的粗加工技術(shù)，以提高零件加工的效率和質(zhì)量。Mastercam還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的方法，加工最復(fù)雜的零件。Mastercam的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性。 可靠的刀具路徑校驗(yàn)功

19、能 Mastercam可模擬零件加工的整個(gè)過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。它提供400種以上的后置處理文件以適用于各種類型的數(shù)控系統(tǒng)，我廠采用的是FANUC系統(tǒng)，機(jī)床為四軸聯(lián)動(dòng)臥式銑床。根據(jù)機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，我們編制了專門的后置處理文件，繩槽曲面加工刀具路徑NCI文件經(jīng)后置處理后生成加工程序。</p><p>　　七、利用Mastercam仿真加工 </

20、p><p>　　1.主要分為五個(gè)步驟：</p><p>　?。?）零件模型建立，首先在Solidworks環(huán)境下建立零件CAD三維模型，利用IGES、STEP、STL等文件格式輸出到MasterCAM環(huán)境中，或者在MasterCAM系統(tǒng)的零件模型建模模塊中直接建立零件三維模型；</p><p>　?。?）零件工藝規(guī)劃，在MasterCAM的ToolPath菜單下的Job

21、Setup模塊設(shè)置毛坯尺寸、邊界、刀具尺寸、刀具基準(zhǔn)點(diǎn)、進(jìn)給率、快進(jìn)路徑和切削加工方式等內(nèi)容；前兩項(xiàng)工作為圖形化數(shù)控編程的前置處理；</p><p>　　（3）刀位軌跡的計(jì)算與生成，選擇刀位軌跡生成命令，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為刀位文件；</p><p>　?。?）刀位軌跡的仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證刀位軌跡的成形正確性和刀具工件間的干涉情況，保證加工零件形狀的正確性和避免刀具運(yùn)動(dòng)碰撞；如果

22、發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，則重新設(shè)置工藝規(guī)劃參數(shù)；</p><p>　　（5）后置處理，將刀位文件轉(zhuǎn)換具體加工中心能支持的數(shù)控程序代碼。</p><p>　　2.所選零件圖及分析</p><p>　　該零件比較簡(jiǎn)單，主要部分為銑削，四個(gè)等直徑通孔為鉆削。由于毛坯余量較小，無需進(jìn)行粗加工，直接精加工。</p><p><b>　　3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告&l

23、t;/b></p><p>　?。?）給出在數(shù)控編程全過程的詳細(xì)流程，表達(dá)出關(guān)鍵環(huán)節(jié)、參數(shù)。</p><p>　　1）銑削上表面：銑削深度3mm。</p><p>　　2）銑削外平面：銑削深度2mm。</p><p>　　3）銑中心孔：銑削深度2mm。</p><p>　　4）鉆角上四個(gè)孔：通孔。</p&g

24、t;<p>　?。?）給出零件CAD模型三維圖界面，說明零件結(jié)構(gòu)要求。如果是在Solidworks下建立的模型，給出模型轉(zhuǎn)換文件格式及其特點(diǎn)。</p><p>　　在Solidworks中，將零件圖保存為IGS的格式，然后在Mastercam中打開。打開以后，以曲面的形式出現(xiàn)，還要用solid from surfaces命令將面轉(zhuǎn)化為實(shí)體。Slidworks軟件建模效率高且簡(jiǎn)單易學(xué)，導(dǎo)入Master

25、cam接口技術(shù)成熟，很方便。</p><p>　?。?）給出工藝規(guī)劃界面，說明刀具、材料、加工參數(shù)。</p><p>　　選用直徑6.0mm的銑刀。</p><p>　　選用直徑為4.0mm的鉆頭。</p><p><b>　　材料選為45號(hào)鋼。</b></p><p>　?。?）截取部分刀位文件

26、、數(shù)控文件（文件頭、部分主體、文件尾）；</p><p><b>　　文件頭：</b></p><p><b>　　%</b></p><p><b>　　O0000</b></p><p>　　(PROGRAM NAME - 計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)實(shí)驗(yàn) )</p>

27、<p>　　(DATE=DD-MM-YY - 25-11-10 TIME=HH:MM - 22:25 )</p><p><b>　　N100 G21</b></p><p>　　N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90</p><p>　　( TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1

28、 DIA. - 1. )</p><p>　　N104 T1 M6</p><p>　　N106 G0 G90 G54 X-26.1 Y-24.998 A0. S0 M5</p><p>　　N108 G43 H1 Z50.</p><p><b>　　N110 Z25.</b></p><p>

29、　　N112 G1 Z12. F0.</p><p>　　N114 X25.6</p><p><b>　　部分主體：</b></p><p>　　N130 G1 X25.6</p><p>　　N132 G3 Y-21.267 R.373</p><p>　　N134 G1 X-25.6<

30、/p><p>　　N136 G2 Y-20.521 R.373</p><p>　　N138 G1 X25.6</p><p>　　N140 G3 Y-19.775 R.373</p><p>　　N142 G1 X-25.6</p><p>　　N144 G2 Y-19.028 R.374</p><

31、p>　　N146 G1 X25.6</p><p>　　N148 G3 Y-18.282 R.373</p><p>　　N150 G1 X-25.6</p><p>　　N152 G2 Y-17.536 R.373</p><p>　　N154 G1 X25.6</p><p>　　N156 G3 Y-16.7

32、9 R.373</p><p>　　N158 G1 X-25.6</p><p>　　N160 G2 Y-16.043 R.373</p><p>　　N162 G1 X25.6</p><p>　　N164 G3 Y-15.297 R.373</p><p>　　N166 G1 X-25.6</p>&

33、lt;p>　　N168 G2 Y-14.551 R.373</p><p>　　N170 G1 X25.6</p><p>　　N172 G3 Y-13.805 R.373</p><p>　　N174 G1 X-25.6</p><p>　　N176 G2 Y-13.059 R.373</p><p>　　N1

34、78 G1 X25.6</p><p>　　N180 G3 Y-12.312 R.373</p><p>　　N182 G1 X-25.6</p><p>　　N184 G2 Y-11.566 R.373</p><p>　　N186 G1 X25.6</p><p>　　N188 G3 Y-10.82 R.373&l

35、t;/p><p>　　N190 G1 X-25.6</p><p>　　N192 G2 Y-10.074 R.373</p><p>　　N194 G1 X25.6</p><p>　　N196 G3 Y-9.328 R.373</p><p>　　N198 G1 X-25.6</p><p>　　

36、N200 G2 Y-8.581 R.373</p><p>　　N202 G1 X25.6</p><p>　　N204 G3 Y-7.835 R.373</p><p>　　N206 G1 X-25.6</p><p>　　N208 G2 Y-7.089 R.373</p><p>　　N210 G1 X25.6&l

37、t;/p><p>　　N212 G3 Y-6.343 R.373</p><p><b>　　文件尾：</b></p><p>　　N2602 G3 X-3.5 R3.5</p><p>　　N2604 X3.5 R3.5</p><p>　　N2606 G0 Z50.</p><

38、p><b>　　N2608 X4.</b></p><p>　　N2610 Z32.</p><p>　　N2612 G1 Z10.</p><p>　　N2614 G3 X-4. R4.</p><p>　　N2616 X4. R4.</p><p>　　N2618 G0 Z50.<

39、/p><p>　　N2620 X25. Y-25. Z30.</p><p>　　N2622 G99 G83 Z10. R30. Q2. F.3</p><p>　　N2624 Y25.</p><p>　　N2626 X-25.</p><p>　　N2628 Y-25.</p><p><

40、b>　　N2630 G80</b></p><p><b>　　N2632 M5</b></p><p>　　N2634 G91 G28 Z0.</p><p>　　N2636 G28 X0. Y0. A0.</p><p><b>　　N2638 M01</b></p>

41、;<p>　　( TOOL - 0 DIA. OFF. - 0 LEN. - 0 DIA. - 4. )</p><p>　　N2640 T0 M6</p><p>　　N2642 G0 G90 G54 X-20. Y-20. A0. S5729 M3</p><p>　　N2644 G43 H0 Z30.</p><p>

42、;　　N2646 G99 G83 Z-2. R30. Q2. F1375.</p><p>　　N2648 X20.</p><p>　　N2650 Y20.</p><p>　　N2652 X-20.</p><p><b>　　N2654 G80</b></p><p><b>　　

43、N2656 M5</b></p><p>　　N2658 G91 G28 Z0.</p><p>　　N2660 G28 X0. Y0. A0.</p><p><b>　　N2662 M30</b></p><p><b>　　%</b></p><p>　　加

44、工，迅速生成NC代碼。特別對(duì)一些造型復(fù)雜的零件，更是大大地縮短了編程時(shí)間，提高了程序的正確性和安全性，降低了生產(chǎn)成本，提高了工作、生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　1、根據(jù)數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)的不同，應(yīng)選擇不同的系統(tǒng)作后處理，或?qū)⒑筇幚淼腘C代碼做人為修改后再應(yīng)用到對(duì)應(yīng)的數(shù)控設(shè)備。</p><p>　　2、以上

45、程序完全由MasterCAM軟件后處理編輯器生成，論文中對(duì)其格式未作修改。</p><p><b>　　八、結(jié)束語</b></p><p>　　使用MasterCAM軟件可以方便快捷地設(shè)計(jì)出各種零件、模具的幾何模型，并進(jìn)行模擬</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[