第十一章MasterCAM自动编程与数据传输Word下载.docx
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3.数学处理
这部分是根据已经翻译的原始数据计算出刀具相对于工件的运动轨迹。
编译和计算合称为前置处理。
4.后置处理
后置处理就是编程系统将前置处理的结果处理成具体的数控机床所需要的输入信息,即形成了零件加工的数控程序。
5.信息的输出
将后置处理得到的程序信息通过控制介质(如磁盘、纸带等)或通过计算机与机床的通讯接口,输入到数控机床,控制数控机床加工,或边输入,边加工。
二、自动编程的主要特点
与手工编程相比,自动编程的速度快,质量好,这是因为自动编程具有以下主要特点:
1.数学处理能力强
对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件,特别是空间曲面零件,以及几何要素虽不复杂,但程序量很大的零件,计算则相当繁琐,采用手工程序编制是难以完成的。
例如,对一般二次曲线廓形,手工编程必须采取直线或圆弧逼近的方法,算出各节点的坐标值,其中列算式、解方程,虽说能借助计算器进行计算,但工作量之大是难以想像的。
而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力,人们只需给计算机输入该二次曲线的描述语句,计算机就能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹,快速而又准确。
功能较强的自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特种曲面。
2.能快速、自动生成数控程序
对非圆曲线的轮廓加工,手工编程即使解决了节点坐标的计算,也往往因为节点数过多,程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。
自动编程的一大优点之一,就是在完成计算刀具运动轨迹之后,后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序,且该数控程序不会出现语法错误。
当然自动生成程序的速度还取决于计算机硬件的档次,档次越高,速度越快。
3.后置处理程序灵活多变
同一个零件在不同的数控机床上加工,由于数控系统的指令形式不尽相同,机床的辅助功能也不一样,伺服系统的特性也有差别。
因此,数控程序也应该是不一样的。
但在前置处理过程中,大量的数学处理,轨迹计算却是一致的。
这就是说,前置处理可以通用化。
只要稍微改变一下后置处理程序,就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来,后置处理相比前置处理,工作量要小得多,程序简单得多,因而它灵活多变。
对于不同的数控机床,取用不同的后置处理程序,等于完成了一个新的自动编程系统,极大地扩展了自动编程系统的使用范围。
4.程序自检、纠错能力强
复杂零件的数控加工程序往往很长,要一次编程成功,不出一点错误是不现实的。
手工编程时,可能书写笔误,可能算式有问题,也可能程序格式出错,靠人工检查一个个错误是困难的,费时又费力。
采用自动编程,程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误,或刀具与工件干涉,或刀具与机床相撞等等。
但自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟,连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓,发现问题及时修改,快速又方便。
现在,往往在前置处理阶段,计算出刀具轨迹后立即进行动态模拟检查,确定无误再进入后置处理,编写出正确的数控程序来。
5.便于实现与数控系统的通讯
手工编程生成的数控程序,一般必须手工一次性的输入到数控系统,控制数控机床进行加工。
如果数控程序很长,而数控系统的容量有限,不足以一次容纳整个数控程序,必须对数控程序进行分段处理,分批输入,比较麻烦,且容易出错。
而自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口,实现编程系统和数控系统的通讯。
编程系统可以把自动生成的数控程序经通讯接口或通过通信介质直接输入到数控系统控制数控机床加工,还可以做到边输入,边加工,不必忧虑数控系统内存不够大,免除了将数控程序分段。
自动编程的通讯功能进一步提高了编程效率,缩短了生产周期。
第二节自动编程的现状和发展
近年来,计算机进行交互自动编程技术日渐成熟,这种方法以其速度快、精度高、直观、使用简便、便于检查等特点,使它在工业发达国家已得到广泛使用。
在国内自动编程的重要性也得到普遍认同,其应用越来越普及,已成为一种必然趋势。
一、数控语言自动编程
这是目前应用最广泛的自动编程系统,目前世界上实际应用的数控语言系统有100余种。
其中最主要的是美国APT(AutomaticallyProgrammed Tools)语言系统。
它是一种发展早、容量大、功能全面的广泛应用的数控编程语言,能用于点位、连续控制系统以及2~5坐标数控机床,可以加工极为复杂的空间曲面。
数控语言编程的过程,通常为编程员用数控语言将加工零件的有关信息(如零件几何形状、材料、加工要求或切削参数、走刀路线、刀具等)编制成零件源程序,通过适当的媒介(如穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘、键盘等)输入到计算机中,计算机则通过预先存入的自动编程系统处理程序(编译程序)对其进行前置处理及后置处理。
前置处理用以对由数控语言编写的零件源程序进行翻译并计算出刀具中心轨迹,即刀位数据。
这一部分独立于具体的数控机床,具有通用性;
后置处理则是将刀位数据、刀具命令及各种功能转换成某台数控机床能够接受的指令字集。
因此,后置处理程序需要根据具体数控机床控制的要求进行设计,具有专用性。
经后置处理后可以通过打印机打印出数控加工程序单,也可以通过穿孔机制成穿孔纸带,也可以通过通信接口将后置处理的输出直接输入至CNC系统的存储器中。
经计算机处理的数据,还可以通过屏幕图形显示或由绘图仪自动给出刀具运动的轨迹图形,用以检查处理数据的正确性。
用APT语言编程不足之处是:
需要配备大型计算机(如IBM4341、IBM3031等),某些算法尚未采用计算几何学的最新理论,工艺处理还得靠程编员脱机确定,零件源程序的编写、编辑、修改等还不够方便直观。
二、自动编程的发展趋向
随着计算机技术及信息处理技术的发展,自动编程趋向于实用及高度自动化。
(一)小型的语言编程系统
为适应中、小工厂使用小型或微型计算机编程的需要,自动编程向着小型而专用的方向发展,例如德国的EXAPT(ExetendedAutomaticallyProgrammedTools)语言系统,分EXAPT-1(点位加工)、EXAPT-2(车削加工)以及EXAPT-3(铣削加工)3个小系统。
这种系统针对性强,往往具有工艺处理和一些专用功能。
在系统的内存中存有机床、刀具、材料、切削用量等工艺文件,可自动确定工步以及工艺参数,因此编程方便,价廉,易于普及推广。
(二)图像编程
采用人机交互功能的计算机图形显示器,在图形显示系统软件和图像编程应用软件的支持下,只要给出一些必要的工艺参数,发出相应的命令或“指点”菜单,然后根据应用软件提示的操作步骤,实时“指点”被加工零件的图形元素,就能得到零件的各轮廓点的位置坐标值,并立即在图像显示屏上显示出刀具加工轨迹,再连接适当的后置处理程序,就能输出数控加工程序单和穿孔纸带。
这种编程方法称为计算机图像数控编程(ComputerGraphicsAidedNCProgramming),简称图像编程。
图像编程是目前主要的自动编程方式,国内外图形交互自动编程软件的很多,流行的集成CAD/CAM(ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing)系统大都具有图形自动编程功能。
以下是目前市面上流行的几种CAD/CAM系统软件:
(1)Pro/Engineer(简称Pro-E)软件。
Pro-E是美国PTC公司开发的机械设计自动化软件,也是最早实现参数化技术商品化的软件,在全球拥有广泛影响须我国也是使用最为广泛的CAD/CAM软件之一。
(2)UG软件。
UG是美国EDS公司的产品,多年来,该软件汇集了美国航空航天,以及汽车工业丰富的设计经验,发展成为一个世界一流的集成化CAD/CAE/CAM系统,在世界和我国都占有重要的市场份额。
(3)Solidworks软件。
Solidworks公司的CAD/CAM系统从一开始就是面向微机系统,并基于窗口风格设计的,同时它采用了著名的Parasolid为造型引擎,因此该系统的性能先进,主要功能几乎可以和上述大型CAD/CAM系统相媲美。
(4)MasterCAM软件。
MasterCAM是美国CNCSoftwareNC公司研制开发的一套PC级套装软件,可以在一般的计算机上运行。
它既可以设计绘制所要加工的零件,也可以产生加工这个零件的数控程序,还可以将AutoCAD、CADKEY、SolidWorks等CAD软件绘制的图形调入到MasterCAM中进行数控编程。
该软件简单实用,下一节将简单介绍该软件的使用方法。
(5)国内市场信誉较好的CAD/CAM软件有北航海尔软件有限公司开发CAXA和广州红地公司推出的金银花系统。
(三)语音编程
语音数控自动编程是利用人的声音作为输入信息,并与计算机和显示器直接对话,令计算机编出加工程序的一种方法。
语音编程系统的构成,如图11-2所示。
编程时,程编员只需对着话筒讲出所需的指令即可。
编程前应使系统“熟悉”编程员的“声音”,即首次使用该系统时,编程员必须对着放射讲该系统约定的各种词汇和数字,让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字指令。
用语音自动编程的主要优点是:
便于操作,未经训练的人员也可使用语音编程系统;
可免除打字错误,编程速度快,编程效率高。
图11-2语音编程系统的构成
(四)视觉系统编程
采用计算机视觉系统来自动阅读、理解图样,由程编员在编辑过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点,然后自动计算出刀位点的有关坐标值,并经后置处理,最后输出数控加工的程序单或穿孔纸带。
视觉系统编程首先由图样扫描器(常用的CCD传感器扫描器和扫描鼓两种)扫描图样,取得一幅图像,对该图像进行预处理是为了校正图像的几何畸变和灰度畸变,并将它转化为易处理的二值图像,同时作断口校正、几何交点部分检测、细线化处理,以消除输入部分分辨率的影响;
然后分离并识别图样上的文字、符号、线划等元素,并记忆它们之间的关系,对线划还需进行矢量化处理,并用直线或曲线拟合,得到端点和分支点;
将这些信息综合处理,确定图样中每条线的意义及其尺寸大小,最后作编辑处理及刀位点坐标计算。
再连接适当的后置处理,就能输出数控加工程序单或穿孔纸带。
视觉系统在编程时不需要零件源程序和编程员,只要事先输入工艺参数即可,操作简单,能直接与CAD的数据相连接,实现高度自动化。
(五)后置处理程序模块化、通用化
后置处理程序的功能是将计算机阶段算出的刀位数据及有关信息,变成特定数控机床控制机的输入信息,所以,后置处理程序应根据所使用数控机床的不同,分别相应地作出。
为此,APT系统配有上千种后置处理程序。
现在正在发展一种“模块式后置处理程序”,是将各种不同控制机的一些共同功能研制志“标准模块”,用户要一个新的后置处理程序时,只要研制一个“驱动程序”,选用一些“标准模块”加以组合即可。
我国已在20世纪70年代开发了几种类似APT的数控语言系统,如SKC、ZCX等系统,在推动我国自动编程系统的开发与应用,发挥了良好的作用。
近年来,在微型计算机上开发的各种小而专的编程系统也已初具规模,并正在发展大型的集成化计算机软件系统;
语音编程及视觉编程系统国内已进入试验、研制阶段。
但到目前为止,真正成为编程机产品,并在生产中大面积推广应用的还很少,有待进一步完善和推广,物别是应研究和推广在微型计算机上能实现CAD/CAM一体化的软件系统,以适应中、小企业的普及应用,将对我国机械工业的发展起到很大的推动作用。
第三节MasterCAM自动编程与数据传输
MasterCAM是一种图形交互式自动编程系统,它不需要编写零件源程序,只需把被加工零件的图形信息输送给计算机,通过系统软件处理,就能自动生成数控加工程序。
本节将介绍MasterCAM9.1系统软件的使用方法,希望从中了解图形交互自动编程的基本方法、步骤及其特点。
一、MasterCAM系统软件概述
本系统由MasterCAMDesign(系统CAD模块)和MasterCAMCAM(加工模块)两大模块组成。
它能画出二维、三维几何图形;
生成不规则三维图形的拟合曲面;
采用图形交互自动编程的方法,快速计算出最佳刀具轨迹;
设置某些参数后,自动生成数控加工程序;
在通讯模块的支持下,将数控加工程序传送给数控系统,以驱动数控机床完成加工过程。
本系统还具有动态模拟加工过程的能力,并可给出有关加工情况报告和估算加工周期。
本系统是一个功能很强的计算机辅助制造软件系统,采用全菜单式功能选择,操作简单易学。
(一)MasterCAM的启动
若计算机内已安装了MasterCAM9.1,则在Windows桌面的左下角单击【开始】按钮,弹出【开始】菜单,单击【程序】/【Mastercam9】/【Mill9】命令,即可启动MasterCAM。
双击桌面上的图标Mill9,也可以启动MasterCAM。
(二)MasterCAM工作界面简介
MasterCAM启动以后,屏幕上出现如图11-3所示的工作界面。
工作界面分为标题栏、绘图工具箱、菜单区、绘图工作区、信息反馈区和标题栏5部分。
1.标题栏
与其他标准Windows应用程序的标题栏的功能一样,这里不再赘述。
标题栏
图11-3MasterCAM工作界面
2.绘图工具箱
绘图工具箱中的按钮是用来完成系统中的某个指令的,当单击某个按钮时,系统就立刻执行这个指令。
单击最左边的←按钮,可跳到前一页的功能表;
单击→按钮,跳到下一页的功能表。
将鼠标指针移到按钮上等待一会儿,将显示该按钮的功能说明。
3.菜单区
最先出现在菜单区的菜单,我们称它为主菜单(MainMenu)。
辅助菜单是为各项操作改变各种设置。
4.绘图工作区
绘图工作区是用户主要的工作区,在这里显示绘制的图形。
5.信息反馈区
在信息反馈区可以进行数据输入,系统对用户操作的反馈信息显示在这里。
二、MasterCAMMill系统自动编程的操作实例
MasterCAM系统的Mill模块可进行外形铣削、挖槽、文字雕刻、钻孔等加工。
以下仅以外形铣削为例说明MasterCAM系统的自动编程过程及数据传输过程。
在数控铣床或加工中心上,加工如图11-4所示零件的外形轮廓。
图11-4零件的外形轮廓
由于MasterCAM是利用图形进行编程的,所以在产生数控程序前应该将该零件的图形产生出来。
在MasterCAM中,图形的来源有两种方法,一种是依靠其它软件绘好图形,将图形传输到MasterCAM中来;
另一种是在MasterCAM中绘制图形。
下面以后一种方法介绍图11-4所示图形的产生方法。
在绘制图形前,应该作一些绘图前的设置。
(一)绘图前设置
1.设置构图面(Cplane)
构图面就是当前要使用的绘图平面。
设置构图面后,所绘制的图形就出现在该平面上。
单击主菜单上的
选项,出现如图11-5所示的菜单。
如果单【Front】
(前视图,也称主视图),从现在起绘制的图开就出现在前视图上。
在该菜单中有许多选项,大多数用于三维绘图。
定义二维外形铣削时,最好将构图平面设置在【Top】
(俯视图)上,因为不管设置在哪一构图平面,加工时都是针对XY平面的。
这里我们设置构图面为【Top】。
图11-5设置构图面
2.设置工作深度(constructiondepth)
构图平面实际上只确定了绘图平面的方向,其位置并没有确定下来。
工作深度是指构图平面的Z轴的坐标值。
例如,前面设置了构图平面是【Top】,这时绘制的图形将出现在XY平面(Z=0)上,如果希望绘制的图形出现在Z=-10的平面上,Z=-10就是工作深度。
单击主菜单中的
选项,然后选择屏幕上已在某个平面上的点或端点,也可以直接键入Z方向的坐标值,即可设置工作深度。
从此以后,绘制二维图形时,系统会自动给用户输入的平面坐标后加上Z坐标(即工作深度)。
注意,铣削深度与工作深度的概念是不同的,铣削深度是指加工时刀具所在平面的深度,它是相对于Z=0的平面而言的。
一般来说,在二维外形铣削中,铣削深度与工作深度无关。
但最好还是将工作深度设置为0。
3.设置刀具平面(Tplane)
刀具面是接近被加工零件的那个平面。
在外形铣削加工中,刀具面可以使用缺省值“关”,或设置成与构图面一样的平面。
4.确定工件坐标零点(Origin)
工件坐标零点是由编程人员设定的编程坐标零点,熟悉AutoCAD绘图的人员都知道,绘图时根本不用设置坐标零点就可以绘制零件图。
但是,用MasterCAM绘制零件图时,最好还是设置工件坐标零点。
设置工件坐标零点有两个好处:
(1)可以充分发挥MasterCAM的绘图功能,便于输入尺寸;
(2)机床在使用过程中难免遇到停电或其他事故,设置了工件坐标系便于操作人员中途对刀。
一般来说,工件坐标系的坐标零点设置在设计基准上,本例设置在O点。
(二)图形的产生
绘图:
P点
L线
A圆弧
F倒圆角
S曲线
C曲面曲线
U曲面
R矩形
D尺寸标注
N下一页
线:
H水平线
V垂直线
E任意线段
M连续线
P极座标线
T切线
R法线
L平行线
B分角线
C连近距线
单击菜单的
选项,会出现如图11-6所示的菜单:
图11-6Create的选项图11-7Line的选项
1.直线的绘制
单击图中的
选项,屏幕左方出现如图11-7所示的绘制直线子菜单。
MasterCAM有10种绘制直线的方式。
(1)绘制水平直线L1。
单击
选项,从键盘输入“-30,0”,继续输入第二点的坐标“-90,0”。
此时屏幕上出现一条水平线,回车使用默认值,这时水平线移变成绿色,表示线已构成。
(2)绘制水平直线L11。
在直线L1上方约中部的位置任意一点单击,使直线的长度大约为140mm,并输入直线的Y坐标“40”,在Y=40处出现一条直线。
按【Esc】键中断绘水平直线命令。
(3)绘制垂直线L2。
从
菜单中,单击
选项。
用键盘输入“-90,0”,再输入“-90,90”,此时屏幕上出现一条垂直线,直接回车,这时直线变成绿色,表示L2直线已构成。
(4)用极坐标方式绘制直线L12。
,单击直线L1的右端,即指定极坐标的端点(原点);
键入角度值“135”,这里角度是按度计算的,是指该直线与X轴的夹角,角度方向以逆时针为正。
输入所绘直线的长度50mm。
2.圆的绘制
在
选项,菜单区会出现如图11-8所示的菜单,它显示了MasterCAM绘制圆及圆弧的9种方法。
圆弧:
P极座标
E两点画弧
3三点画弧
T切弧
2两点画弧
I三点画弧
R点半径圆
D点直径圆
G点边界圆
图11-8Arc的选项
画圆的方式有许多种,这里用【Cirpt+rad】方式画图,单击
选项,键入半径值“30”,输入中心点“48,120”
绘制的图形超出屏幕范围,使用适度化按钮使图形充满屏幕。
3.绘制连续线L8、L7、L6
/
/
选项,屏幕上出现长度和角度的提示,用键盘输入“90,0”、“90,90”、“50,90”;
按【Esc】键停止,即完成了L8、L7、L6绘制。
4.绘制任意直线L10
/
选项,输入第一个端点的坐标为(70,40),指定第二个端点的坐标为(50,20)后,即绘制了直线L10。
5.绘制与某图形元素相切的直线L4
选项,用鼠标选择圆弧C1,并选定圆弧左上点,再用鼠标选择直线L3的右端点,回车。
6.绘制与一条直线平行的直线L5
中的
选项,选择要平行的直线L4,用鼠标在直线L4右边任意一个点单击,输入偏移距离60,在屏幕上出现所要求的直线。
图11-9零件轮廓的草绘图
7.绘制法线L9
中
的
选项,选择要垂直的图形元
素L8,这时屏幕出现抓点方法的提示,
用鼠标捕捉直线L10的下端点,回车,
屏幕上出现所要求的直线。
绘制结果如
图11-9所示。
(三)二维图形编辑
当出现有图形元素超出连接点或者不到连接点的情况时,可以采用修剪延伸功能。
修剪延伸在MasterCAM主菜单的
选项下。
1.修剪单一物体
选项,用鼠标单击直线L11的左端,再单击直线L10,即可使直线L11与L10连接。
2.修剪两个物体
选项,以交点为参考点,用鼠标单击直线L5的上半段,再单击直线L6的右半段,即可同时修整L5、L6两个相交物体。
同理可修剪延伸直线L11和L12。
3.修剪圆
选项,以L4与圆的交点为参考点,单击圆周上方,再单击直线L4,即可使圆弧到位。
4.倒圆弧
选项,需入半径值5,倒圆弧。
该图已绘制完毕,此构图过程让大家了解MasterCAM软件的平面绘图功能。
(四)外形铣削加工参数设置
当图形绘制完成后,就可以进行该零件的外形铣削加工。
各种加工方法的操作在主菜单的
选项中。
选项,出现如图11-10所示的菜单。
刀具路径:
W起始设定
C外形加工
D钻孔加工
P挖槽加工
F平面加工
U曲面加工
A多轴加工
O操作管理
J工作设定
N下一页
图11-10Toolpaths的选项
该菜单展示了MasterCAM具备的各种加工方法,先介绍外形加工的常用到的参数设置。
1.加工起点及方向的设置
单击菜单中的
选项,会出现种9外形加工菜单选项:
Chain(串连)、Window(视窗内)、Area(区域)、Single(单体)、Section(选项)、Point(单点)、Last(选择上次)、Unselect(回复选择)、Done(执行)。
图11-4所示的零件外
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- 第十一 MasterCAM 自动 编程 数据传输