机械cad cam第07章

1、第7章计算机辅助数控加工编程第第7章章 计算机辅助数控加工编程计算机辅助数控加工编程7.1 数控编程基础7.2 数控机床的坐标系与数控编程的方法7.3 典型CAM软件功能简介7.4 Pro/E软件加工实例本章小结习题与思考题第7章计算机辅助数控加工编程 7.1 数控编程基础1. 数控编程的概念所谓数控编程，就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。为了与数控系统的内部程序(系统软件)及自动编程用的零件源程序相区别，把从外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序。 数控机床所使用的程序是按照一定的格式并以代码的形式

2、编制的。数控系统种类繁多，它们使用的数控程序的语言规则和格式也不尽相同，编制程序时应该严格按照机床编程手册中的规定进行。第7章计算机辅助数控加工编程2. 数控编程的步骤和内容一般来讲，数控编程过程的主要内容包括：分析零件图样，加工工艺分析，数值计算，编制加工程序，程序的传输，程序的校验和首件试加工等。1) 分析零件图样首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工。同时要明确加工的内容和要求。第7章计算机辅助数控加工编程2) 加工工艺分析根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀

3、具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数。(1) 确定加工方案。此时应考虑数控机床的合理性及经济性，以及能否充分发挥数控机床的功能。(2) 工装夹具的设计和选择。应特别注意工件定位和夹紧的设计，以减少辅助加工时间。 第7章计算机辅助数控加工编程(3) 合理选择走刀路线： 尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率； 合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳； 保证加工零件的尺寸精度和表面粗糙度质量要求； 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉； 有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序的时间，降低对电脑硬件的要求。 第7章计算机辅助数控加工

4、编程(4) 选择合理的刀具。根据零件材料的性能、机床的加工能力、切削余量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。(5) 确定合理的切削用量。在工艺处理中必须正确确定切削用量。第7章计算机辅助数控加工编程3) 刀位轨迹计算根据零件的几何尺寸、加工工艺路线的要求，在选定的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动轨迹的坐标值，以获得刀位数据。在计算刀具加工轨迹前，必须先正确地选择编程原点及编程坐标系(即工件坐标系)。工件坐标系是指数控编程过程中在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。第7章计算机辅助数控加工编程工件坐标系的选择原则如下：(1) 所选的工件坐标系应使程序编制简单；(2) 工件坐标系

5、原点应选在容易找正并在加工过程中便于检查的位置上；(3) 引起的加工误差要小。第7章计算机辅助数控加工编程4) 编制加工程序加工路线、工艺参数及刀位数据确定以后，编程人员应根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。此外，还应附上必要的工件毛坯示意图、刀具名称、刀具尺寸、换刀次序清单、机床调整卡、工序卡以及必要的说明。第7章计算机辅助数控加工编程5) 程序的传输把编制好的程序代码文件通过程序的手工输入、网络通信或磁盘传输送入数控系统。第7章计算机辅助数控加工编程6) 程序校验与首件试切 将编制好的加工程序输入数控机床，就可控制数控机床进行加工。一般在正式加工之前，要对程序进

6、行校验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床或电脑上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用木材、铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果。当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。第7章计算机辅助数控加工编程3. 数控程序的结构与程序段格式1) 加工程序的结构一个完整的程序必须包括程序开始部分、程序

7、内容部分和程序结束部分，如表7-1所示。第7章计算机辅助数控加工编程表7-1 数控加工程序的组成 第7章计算机辅助数控加工编程(1) 开始部分。常用程序号表示程序开始，由地址符字母O(或P)表示程序号的数值(最多4位，数值没有具体含义)组成，其后可加括号注出程序名或作注释。(2) 程序内容部分。程序内容部分是整个程序的核心部分，由若干程序段组成，表示数控机床要完成的全部工作。程序段实际是数控加工程序中的一段程序，多数程序段是用来指令机床完成或执行某一动作的。(3) 程序结束部分。以程序结束指令构成一个最后的程序段。程序结束指令常用M30。第7章计算机辅助数控加工编程2) 程序段的格式在数控加工

8、程序中，字是指一系列按规定排列的字符，其作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成的，这个英文字母称为地址符。如：“X3500”是一个字，X为地址符，数字“3500”为地址中的内容。程序段是由尺寸字、非尺寸字和程序段结束指令构成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。常见的程序段格式有固定顺序格式、分隔符顺序格式及字地址格式三种。第7章计算机辅助数控加工编程目前常用的是字地址格式，典型的字地址格式如图7-1所示。在书写和打印时，每个程序段一般占一行，在屏幕上显示程序时也是如此。第7章计算机辅助数控加工编程图7-1 字地址格式第7章计算机辅助数

9、控加工编程(1) 顺序号字N。可以在程序段前任意设置顺序号来表示顺序。顺序号可以不写出来，也可以不按顺序编号，或只在重要程序段前按顺序编号，以便检查。数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。数控系统不是按顺序号的次序来执行程序的，而是按程序段编写时的排列顺序逐段执行的。一般使用方法是：编程时将第一程序段冠以N10，以后以间隔10递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时，如果需要在N10和N20之间插入程序段时，就可以使用N12、N14等。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 准备功能字G。准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一

10、种指令。不同数控系统的G指令的意义不一定完全一样。后续数字一般为2位正整数。表7-2分别列出了两种数控系统中的G指令。第7章计算机辅助数控加工编程 表7-2 G功能指令含义表 第7章计算机辅助数控加工编程 续表一第7章计算机辅助数控加工编程 续表二第7章计算机辅助数控加工编程(3) 坐标运动尺寸字。坐标运动尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A，B，C，D，E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I，J，K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用P指令指定暂停时间、用R指令指定圆弧

11、的半径等。第7章计算机辅助数控加工编程(4) 工艺性指令字。 进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。 主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速，单位为r/min。 刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。 辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为2位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，如表7-3所示。第7章计算机辅助数控加工编程表7-3 常用M指令的含义表 第7章计算机辅助数控加工编程现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变

12、的。在编程时，要注意续效代码的使用，续效代码表示该代码一经在一个程序段中使用，便保持有效到以后的程序中出现同组的另一代码时才失效。无论是G指令还是M指令，都有续效代码与非续效代码之分，比如G1就是一个续效代码。下面用例子来说明续效代码的使用：N0045 G2X-72.087 Y8.67 I.183 J9.34N0050 G1X-72.087 Y8.67 Z-2.N0055 X-6. (本程序段省略了续效字“G1，Y8.67，Z-2”，但它们的功能仍然有效)第7章计算机辅助数控加工编程 7.2 数控机床的坐标系与数控编程的方法1. 坐标系数控加工中要了解的坐标系主要有机床坐标系、编程坐标系、加工

13、坐标系。1) 机床坐标系(1) 机床坐标系的确定。 机床相对运动的规定。在机床上，始终认为工件是相对静止，而刀具是相对运动的。这样，编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。第7章计算机辅助数控加工编程 机床坐标系的规定。为了确定机床上运动的位移和运动的方向，ISO标准规定机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。例如，在铣床上有纵向运动、横向运动以及垂直方向运动，如图7-2所示，在数控加工中就必须用机床坐标系来描述，如图7-3所示。第7章计算机辅助数控加工编程图7-2 铣床三个方向的运动第7章计算机辅助数控加工编程图7-

14、3 直角坐标系第7章计算机辅助数控加工编程直角坐标系的规定如下： 伸出右手的大拇指、食指和中指，并相互垂直，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。 当存在以围绕X、Y、Z坐标轴线或与X、Y、Z坐标轴线平行的直线为轴的旋转运动时，则分别用A、B、C表示绕X、Y、Z轴转动的坐标轴，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，如图7-3所示。第7章计算机辅助数控加工编程 运动方向的规定。远离工件的方向即为各坐标轴的正方向。图7-4所

15、示为数控车床上两个运动的正方向。第7章计算机辅助数控加工编程图7-4 两轴斜床身车床的两个运动方向第7章计算机辅助数控加工编程(2) 坐标轴及方向的确定。 Z轴。一般情况下，平行于主轴轴线的坐标轴即为Z轴，Z轴的正向为刀具离开工件的方向。如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于机床工作台平面的主轴方向为 Z轴方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z轴方向。图7-4所示为数控车床的Z轴。第7章计算机辅助数控加工编程 X轴。X轴一般平行于工件的装夹平面，在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况： 如果工件作旋转运动，则X轴在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件的方向为X轴的正方

16、向。图7-5所示为数控车床的X轴方向。车床、磨床等适用该规则。第7章计算机辅助数控加工编程图7-5 机床X轴方向第7章计算机辅助数控加工编程 如果刀具作旋转运动，则分为两种情况：Z轴水平时，观察者沿刀具主轴向工件方向看，+X运动方向指向右方；Z轴竖直时，面对刀具主轴向立柱方向看，+X运动方向指向右方。铣床、镗床等适用该规则。 Y轴。在确定X、Z轴的正方向后，可以根据X轴和Z轴的方向，采用右手直角坐标系来确定Y轴的方向。 第7章计算机辅助数控加工编程(3) 数控机床的原点。数控机床的原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点，它在机床装配、调试时就已确定，是数控机床进行加工运动的基准参

17、考点。在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与Z轴相交处，如图7-5所示。在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z轴的正方向极限位置上，如图7-6所示。第7章计算机辅助数控加工编程图7-6 机床原点第7章计算机辅助数控加工编程(4) 数控机床的参考点。数控机床参考点是用于对数控机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置已由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好，坐标值已被准确确定。因此，参考点对机床原点的坐标是一个已知数。数控机床开机时，必须先确定机床原点，然后才能加工，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有当机床参考点被确认

18、后，刀具(或工作台)移动才有基准。第7章计算机辅助数控加工编程一般在数控铣床上，机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上，机床参考点是离机床原点最远的极限点。第7章计算机辅助数控加工编程2) 编程坐标系(工件坐标系)编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点，应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。第7章计算机辅助数控加工编程3) 加工坐标系 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零

19、件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。第7章计算机辅助数控加工编程在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于机床操作人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定(即给出原点设定值)。设定加工坐标系后，就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的，这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。第7章计算

20、机辅助数控加工编程2. 数控程序编制的方法数控程序编制方法可以分为手工编程和自动编程两类。1) 手工编程手工编程也称人工编程，是指编制零件数控加工程序的各个步骤、整个过程与环节均由人工来完成。一般几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。手工编程的特点在于，耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。很多工厂在生产时，一般规定，如果产品的加工轨迹仅仅是几条线段，则由数控操作工人手工编制程序，其余零件的加工程序一律由专业的数控程序编程员在电脑上编制完成。第7章计算机辅助数控加工编程2) 自动编程自动编程是基于计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专

21、门的数控编程软件，在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。根据数控编程系统软件的不同，可将自动编程分为图形交互式数据自动编程、语言数控自动编程等。图形交互式数控自动编程是指将零件的图形信息直接输入计算机，通过自动编程软件的处理，得到数控加工程序。第7章计算机辅助数控加工编程国内外图形交互式自动编程软件实现自动编程的几个基本步骤如下：(1) 几何造型；(2) 加工工艺分析；(3) 刀具轨迹的计算及生成；(4) 刀位验证及刀具轨迹的编辑；(5) 后置处理；(6) 数控程序的输出。第7章计算机辅助数控加工编程其主要特点是：(1) 零件的几何形状可在零件设

22、计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何造型模块在图形交互方式下进行定义、编辑，最终得到零件的几何模型。(2) 在编程过程中，编程人员在计算机上直接面向零件的几何图形交互进行，用户界面友好、使用简便、直观、准确，便于检查，便于普及推广。编程操作都是在屏幕菜单及命令驱动等交互方式下完成的，具有形象、直观和高效等特点。(3) 能够实现产品设计(CAD)、数控加工编程(NCP)、工艺过程设计(CAPP)、刀夹量具设计等其它生产过程的集成。第7章计算机辅助数控加工编程目前，图形交互式数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式。语言数控自动编程是将加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等用专门的A

23、PT(Automatically Programmed Tools)语言编写成源程序后，输入到计算机中，再由计算机做进一步的系列处理产生零件的加工程序。第7章计算机辅助数控加工编程采用计算机自动编程时，计算机自动完成数学处理、编写程序、检验程序等环节的工作，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，减少了程序出错的机会，又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了许多手工编程无法解决的编程难题。所以，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。第7章计算机辅助数控加工编程3. 数控程序

24、的检验与仿真1) 数控程序检验与仿真概述采用自动编程方法生成数控加工程序时，编程人员事先很难预料加工过程中是否会过切、少切，所选择的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，零件与刀具、刀具与夹具、刀具与工作台是否干涉和碰撞等，结果可能导致工件形状不符合要求，出现废品，有时还会损坏机床、刀具。随着NC编程的复杂化，NC代码的错误率也越来越高。第7章计算机辅助数控加工编程当前数控程序检验的方法主要有试切、刀具轨迹仿真、三维动态切削仿真和虚拟加工仿真等。试切是一种比较有效的检验方法。传统的试切是采用塑料、石蜡或木材在专用设备上进行的，通过在这些材料上加工得到的零件尺寸的正确性来判断数控加工程序是否正确。

25、试切过程的缺点是：占用了加工设备的工作时间，不能避免加工中的各种危险，需要操作人员在整个加工周期内进行监控。第7章计算机辅助数控加工编程通过计算机仿真系统，可以在软件上模拟零件的加工过程，将数控程序的执行过程在计算机屏幕上显示出来，是数控加工程序检验的有效方法。动态模拟过程中，刀具可以实时在屏幕上移动，刀具与工件接触之处，工件的形状就会按刀具移动的轨迹发生相应的变化，观察者在屏幕上看到的是连续的、逼真的加工过程。利用这种视觉检验效果，就可以很容易发现刀具与工件之间的碰撞和被加工零件几何形状的准确性。第7章计算机辅助数控加工编程2) 刀位轨迹仿真法刀位轨迹仿真法可通过读取刀位数据文件，来检查刀具

26、位置计算是否正确，加工过程中是否发生过切，所选刀具、走刀路线、进退刀的方式是否合理，刀位轨迹是否正确，刀具与约束面是否发生干涉或碰撞。这种仿真一般采用动画显示的方法，效果逼真，通常在后置处理之前进行。由于该方法是在后置处理之前进行刀位轨迹仿真，因此可以脱离具体的数控系统环境进行。刀位轨迹仿真法是目前比较成熟有效的仿真方法，应用比较普遍。该方法目前主要有刀具轨迹显示验证、截面法验证和数值验证三种方式。 第7章计算机辅助数控加工编程(1) 刀具轨迹显示验证。刀具轨迹显示验证的基本方法是：当待加工零件的刀具轨迹计算完成后，在图形显示器上显示出刀具轨迹，从而判断刀具轨迹的连续性，检查刀位计算的正确性，

27、刀具进入工件和退出工件的合理性等，这是目前用得较多的一种方法，如图7-7所示。第7章计算机辅助数控加工编程图7-7 刀具轨迹显示第7章计算机辅助数控加工编程(2) 刀具轨迹截面法验证。截面法是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上的刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图显示在屏幕上，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程是否存在过切等。截面形式有横截面、纵截面及曲截面三种。第7章计算机辅助数控加工编程采用横截面方式时，构造一个与走刀路线上刀具的刀轴方向大致垂直的平面，然后用该平面去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从

28、而得到一张所选刀位点上刀具与加工表面及其约束面的截面图。该截面图能反映出加工过程中刀杆与加工表面及其约束面的接触情况。图7-8是采用二坐标侧铣加工轮廓及二坐标端铣加工型腔时的横截面验证图。第7章计算机辅助数控加工编程图7-8 横截面验证图第7章计算机辅助数控加工编程纵截面验证是用一张通过刀轴轴心线的平面(纵截面)去剖截待验证的刀位点上的刀具表面、加工表面及其约束面，从而得到一张截面图，如图7-9所示。在该截面图的显示过程中，规定刀具始终摆正放置，即刀杆向上、刀尖向下。可选取刀平面作为纵截面，或将刀平面绕刀轴转动一定的角度而生成纵截面。纵截面验证不仅可以得到一张反映刀杆与加工表面、刀尖与导动面的

29、接触情况的定性验证图，还可以得到一个定量的干涉分析结果表。第7章计算机辅助数控加工编程图7-9 刀具的过切干涉第7章计算机辅助数控加工编程(3) 刀具轨迹数值验证。刀具轨迹数值验证也可以称为距离验证，是一种刀具轨迹的定量验证方法。它通过计算各刀位点上刀具表面与加工表面之间的距离进行判断：若此距离为正，则表示刀具离开加工表面一定距离；若距离为负，则表示刀具与加工表面发生过切。如图7-10所示，选取加工过程中某刀位点上的刀心，然后计算刀心到所加工表面的距离，则刀具表面到加工表面的距离为刀心到加工表面的距离减去球形刀具的半径。设C表示加工刀具的刀心，d是刀心到加工表面的距离，R表示刀具半径，则刀具表

30、面到加工表面的距离为 =d -R第7章计算机辅助数控加工编程图7-10 球形刀加工的数值验证第7章计算机辅助数控加工编程3) 三维动态切削仿真法在自动编程中，三维动态切削图形仿真验证是采用实体造型技术建立加工零件毛坯、机床、夹具及刀具在加工过程中的实体几何模型，然后将加工零件毛坯及刀具的几何模型进行快速布尔运算(一般为减运算)，最后采用真实感图形显示技术，把加工过程中的零件模型、机床模型、夹具模型及刀具模型动态地显示出来，模拟零件的实际加工过程。这种方法的特点是仿真过程的真实感较强，基本上具有试切加工的验证效果。三维动态切削仿真已成为图形数控编程系统中刀具轨迹验证的重要手段。第7章计算机辅助数

31、控加工编程在进行加工过程的动态仿真验证时，通常在加工过程中采用不同的颜色来表示不同的显示对象：已切削加工表面的颜色与待切削加工表面的颜色不同；已加工表面上存在过切、干涉之处又采用另一种不同的颜色。编程人员可以控制仿真过程的速度，清楚地看到零件的整个加工过程，刀具是否啃切加工表面以及在何处啃切加工表面，刀具是否与约束面发生干涉与碰撞等。动态仿真验证有两种典型的方法：一种是只显示刀具模型和零件模型的加工过程动态仿真，如图7-11所示；另一种是同时动态显示刀具模型、零件模型、夹具模型和机床模型的机床仿真系统。从仿真检验的内容看，可以仿真刀位文件，也可仿真NC代码。第7章计算机辅助数控加工编程图7-1

32、1 加工过程动态仿真第7章计算机辅助数控加工编程4) 虚拟加工仿真法HT虚拟加工仿真法是应用虚拟现实技术实现加工过程的仿真技术。这种加工仿真方法主要解决加工过程中实际加工环境的工艺系统间发生的干涉碰撞问题和运动关系。由于加工过程是一个动态的过程，刀具与工件、夹具、机床之间的相对位置是随时间改变的，工件从毛坯开始经过若干工序的加工，在形状和尺寸上均在不断变化，因此，虚拟加工法是在各组成环境确定的工艺系统上进行动态仿真。第7章计算机辅助数控加工编程虚拟加工法由于能够利用多媒体技术实现虚拟加工，因此与刀位轨迹仿真方法不同，它不只是解决刀具与工件之间的相对运动仿真，更重视对整个工艺系统的仿真。虚拟加工

33、软件一般直接读取数控程序，模拟数控系统逐段翻译并执行，同时利用三维真实感图形显示技术，模拟整个工艺系统的状态，还可以在一定程度上模仿加工过程中的声音、振动等，提供更加逼真的加工环境效果。从发展前景看，一些专家学者正在研究开发加工系统物理学、力学特性情况下的虚拟加工软件，一旦成功，数控加工仿真技术将发生质的飞跃。第7章计算机辅助数控加工编程7.3 典型CAM软件功能简介1. Mastercam 软件加工模块功能简介Mastercam X2版已正式发布，该版本对三轴和多轴功能作了大幅提升，包括三轴曲面加工和多轴刀具路径。1) 铣削(2.5轴加工)(1) 操作管理。Mastercam的任务管理器(O

34、perations Manager)把同一加工任务的各项操作集中在一起，管理器的界面很简练、清晰，包括加工使用的刀具以及加工参数等。在管理器内，编辑、校验刀具路径也很方便，在操作管理中很容易复制和粘贴相关程序。 第7章计算机辅助数控加工编程(2) 刀具路径的关联性。在Mastercam系统中，挖槽铣削、轮廓铣削和点位加工的刀具路径与被加工零件的模型是相关一致的。当零件几何模型或加工参数修改后，Mastercam能迅速准确地自动更新相应的刀具路径，无需重新设计和计算刀具路径。用户可把常用的加工方法及加工参数存储于数据库中，这样可以大大提高数控程序设计效率及计算的自动化程度。 第7章计算机辅助数控

35、加工编程(3) 挖槽、外型铣削与钻孔。Mastercam提供了丰富的2D、2.5D加工方式，可迅速编制出优质可靠的数控程序，极大提高了编程者的工作效率，同时也提高了数控机床的利用率。挖槽铣削的多种走刀方式有ZigZag、One Way、True Spiral、Constant Overlap和Morph Pocketing。挖槽加工时的下刀方法有直接下刀、螺旋下刀、斜插下刀等。挖槽铣削还具有自动残料清角、螺旋渐进式加工方式、开发式挖槽加工及高速挖槽加工等。 第7章计算机辅助数控加工编程(4) 曲面粗加工(高速高精度)。在数控加工中，在保证零件加工质量的前提下，应尽可能提高粗加工时的生产效率。M

36、astercam提供了多种先进的粗加工方式，其先进的功能主要有：曲面挖槽时，Z向深度进给确定，刀具以轮廓或型腔铣削的走刀方式粗加工多曲面零件；机器允许的条件下，可进行高速曲面挖槽。 第7章计算机辅助数控加工编程(5) 曲面精加工(高速高精度)。Mastercam有多种曲面精加工方法，根据产品的形状及复杂程度，可以从中选择最好的方法，如比较陡峭的地方可用等高外形曲面加工，比较平坦的地方可用平行加工；当形状特别复杂、不易分开加工时，可用3D环绕等距方式加工。Mastercam能用多种方法控制精铣后零件表面的光洁度，如程式过滤中的设置及步距的大小来控制产品表面的质量等。根据产品的特殊形状(如圆形)，

37、可用放射状走刀方式精加工(Radial Finishing)刀具由零件上任一点沿四周散发的路径加工零件。流线走刀精加工(Flowline Finishing)刀具沿曲面形状的自然走向产生刀具路径，用这样的刀具路径加工出的零件更光滑，某些地方余量较多时，可以设定一范围单独加工。 第7章计算机辅助数控加工编程(6) 多轴加工。Mastercam的多轴加工功能为零件的加工提供了更多的灵活性，应用多轴加工功能可方便、快速地编制高质量的多轴加工程序。Mastercam的五轴铣削方法有曲线五轴、钻孔五轴、沿边五轴、曲面五轴、沿面五轴、旋转五轴等。第7章计算机辅助数控加工编程2) 车削(2.5轴车铣复合加工

38、)(1) 零件造型简捷。Mastercam具有完整的曲线曲面建模功能，建立2D、3D几何模型十分方便，灵活、完整的曲线曲面编辑和分析功能；可保证几何模型的精度；修改几何模型后，相关的尺寸标注自动更新；可在多个视窗内动态旋转、缩放几何图形；导航功能自动捕捉常用的特征点，提高建模速度；其数据转换器可与任何CAD系统交换数据，这些转换器包括IGES、ParasolidTM、SAT(ACIS Solids)、DXF、CADL、VDA、STL。另外，系统还提供有CATIA、Pro/E、STEP和DXF、DWG等数据交换器。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 车削编程更加方便。刀具路径与几何模型完全相关(

39、Full Associative)，当修改几何模型、刀具参数或加工参数后，刀具路径自动更新。在Mastercam的任务管理器中，可生成、修改和分析走刀路径，可把经常使用的加工工步存于数据库中，以提高编程的自动化程度，如粗、精车零件时，可从库中调用储存的加工工步，作用于待加工零件。自动选刀功能在选择刀具时，优先显示本加工工步所选的刀具类型，如无合适的，也可访问刀具库中其它的刀具。第7章计算机辅助数控加工编程(3) 强大的车削编程功能。 智能化的内、外圆粗车功能在粗车内、外圆时，可用边界线(Outer Boundary)限定走刀区域；优化后的端面车功能同时包含了粗车端面和精车端面走刀；粗车有往复走

40、刀(ZigZag)和单向走刀(One Way)两种走刀方式；粗、精车内、外轮廓时，可先车内、外圆，然后车凹槽或凹形。第7章计算机辅助数控加工编程 完整的螺纹加工功能，包括多头螺纹加工功能、螺纹查表功能以及螺纹直径自动计算功能；可沿任一角度车、凿径向槽；用一个点或多个点即可定义待加工的槽，无需构造槽的几何形状；加工槽时，槽深、槽宽、槽侧面倾角、槽底圆角半径及槽顶倒角的定义十分方便。 具有镗孔、钻孔功能，可用多个点定义走刀路径；具有自动干涉检测功能，可防止刀具前面、后面与零件干涉；在粗加工、精加工、切槽和阵列(Patten Repeating)加工中，支持固定循环和子程序；可定义进、退刀矢量，以控

41、制刀具进入切削、退出切削的方式。第7章计算机辅助数控加工编程(4) 各种资源库应有尽有。拥有丰富的刀具(Cutter)库、刀柄(Hold)库和切削材料库，并可由用户自己编辑与添加。系统能根据库中的设定，自动计算进给速率和转速，用户也可根据所用机床定制后置程序。(5) 可靠的刀具路径校验功能。可单步模拟每一条走刀指令，显示刀片、刀柄及刀具路径，还可估算加工时间；实体模拟功能可模拟毛坯被切除的过程。第7章计算机辅助数控加工编程(6) C-Axis(Mill/Turn)编程功能。在车、铣组合中，提供完整的C轴(C-Axis)编程功能。可铣端面(Face)或截面(Cross)上的轮廓，可在端面或截面上

42、钻孔，并可沿顺时针或逆时针方向分度钻孔位置。在铣端面轮廓(Face Contour)和截面轮廓(Cross Contour)或钻端面孔和截面孔时，系统能自动设定刀具平面(T-Plane)和工作平面(C-Plane)。加工C-Axis轮廓时，可用2D或3D几何形状定义零件模型。第7章计算机辅助数控加工编程(7) 实用的NC工具。刀具过滤功能可大幅度减小所编程序的长度，自动产生用户定制的加工清单。(8) 易学易用。友好的图形界面，使编程随心所欲。用户自定义的图标及功能热键，使常用的热键唾手可得；在线帮助可迅速提供关键技术及命令的详细说明。第7章计算机辅助数控加工编程2. Cimatron E软件加

43、工模块功能简介Cimatron E实现了用于高速铣的2.5轴至5轴刀路、基于毛坯残留知识能够显著减少编程与加工时间的模板，具有完全智能、基于特征的NC处理等功能，为高级用户提供了足够灵活的控制权。Cimatron E让用户工作在一个集成的环境中，NC文档包含完整的CAD功能，一个交互式的NC向导条引导用户完成整个NC过程，加上程序管理器和界面友好的NC助理，Cimatron E不必重新选取几何体就能完全调整程序。第7章计算机辅助数控加工编程1) 加工(2.5轴)铣加工：2.5轴加工中提供自动、高效的加工策略，包括预定义工艺模板功能。2.5轴加工可以应用于3D曲面和实体模型或2D曲线加工，以提高

44、加工效率和编程的灵活性。快速钻孔：快速钻孔是高度自动化的应用程序，能够自动识别任何类型的孔，并对预定义的钻孔加工工艺进行优化。自动选择刀具和对工艺的优化使换刀次数尽量减少，使空行程最小化，从而优化刀具轨迹路径。第7章计算机辅助数控加工编程2) 粗加工(3轴)Cimatron E的3轴粗加工功能可以大大提高用户的生产率，生成非常高效的加工工艺过程。粗加工过程提供了多种运动策略，可以通过边界或检查面来控制被加工区域，同时支持高速加工。第7章计算机辅助数控加工编程(1) 自动化操作：基于毛坯残留知识和被选择的刀具参数，粗加工实现最大化地去除残留量。(2) 优化功能：基于毛坯残留知识和刀具属性设置优化

45、的加工策略以及对窄道连接方式，能使刀具在不同情况下切入工件的方式得到优化设置(包括从原始毛坯开始和已经加工过的区域)。第7章计算机辅助数控加工编程(3) 二次开粗：二次开粗减小了粗加工时产生的间距残留量，保证了半精加工和精加工过程余量的均匀。二次开粗自动删除前一把刀加工后的残留量。(4) 高速加工：高速加工支持所有的精加工和快速开粗加工过程。如果使用了高速加工策略，则无论切削材料还是快速移刀，都可以生成平滑的刀具路径，保证切削载荷的恒定(或较小)，同时对于窄道区域进行摆线运动或多层切削。第7章计算机辅助数控加工编程3) 精铣(3轴)3轴精铣提供了根据零件的形状来自动优化的加工策略，通过几何形状

46、的分析，对水平区域和垂直区域采用不同走刀路径，从而大大提高了加工效率和零件的表面质量。(1) 加工策略。最终的曲面质量是通过与零件形状相匹配的加工策略来保证的。加工策略包括平行切削、放射状切削、环形切削、恒定的残留高度(3D等步距)切削、Z向等高切削以及沿着曲面的流线切削等。(2) 斜率分析(控制)。斜率分析功能根据指定的角度将零件分为水平区域和垂直区域，再分别按照区域特点使用合适的加工策略，保证工件表面的高质量。第7章计算机辅助数控加工编程(3) 笔试切削。笔试切削是一种特殊精加工功能，用于光顺曲面相交部分的凹陷区域。笔试切削是根据零件的结构特点自动计算加工区域的。4) 铣削(5轴)与轴铣削

47、具有针对产品加工的高级5轴铣削功能，丰富的5轴粗加工、精加工策略，避免刀具、刀柄和零件、毛坯、机床之间发生干涉及碰撞，高级的材料去除和机床仿真等功能。第7章计算机辅助数控加工编程(1) 5轴加工领域。在当今的加工领域中，一些高级、复杂的产品、模具加工，正在趋向于5轴加工。由于能够对复杂零件造型进行高精度加工，因而轴加工一直是航空业和高级加工领域的标准加工策略。这些领域包括：整体叶轮及叶片加工，复杂的接插件产品加工，刀具类产品加工，航空领域的机构部件加工，复杂的橡胶模具加工，模型、玩具产品加工，复杂零件产品加工，微铣削领域产品加工等。为了使用户对每一个零件产品都满意，需要对刀具路径进行完全的控制

48、，要求进行必要的复杂编程循环和对几何模型进行调整，同时要求具有曲面造型能力。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 轴加工的新领域。Cimatron E数控5轴加工包提供了完整的5轴加工解决方案，从而确立了其在5轴加工领域的重要地位。通过使用5轴加工策略，编程人员可以充分控制加工工艺的每一个方面，包括刀轴方向、安全区域、进刀和退刀、层间或行间连接策略、避免碰撞和干涉、不同加工过程间的连接方式等。Cimatron E数控5轴加工包为数控加工提供了有效的工具，以便编写出高效和无过切的刀具路径，从而加工出高质量的复杂零件。第7章计算机辅助数控加工编程(3) 丰富的加工策略。Cimatron E数控5轴加

49、工包包含丰富的加工策略，支持各种类型的刀具，包括锥角刀具和槽铣刀等。其能够实现如下加工策略：5轴粗加工，包括环切、行切、插铣；5轴精加工，包括行切、流线加工、笔式加工、两条轮廓或两曲面间的仿型加工、考虑残留毛坯、减少空走刀；5轴倾角加工，包括用短刀加工深腔模具；5轴轮廓铣和钻孔；5轴微铣削，用于微型电子、医疗器械等零件加工等。第7章计算机辅助数控加工编程(4) CAD 工具。作为Cimatron E NC的一部分，数控5轴加工包包括丰富、强大的曲面生成和编辑工具，使用户可以快速生成和编辑几何模型，并为实现优化刀路做准备，而不需要在CAD造型和CAM编程环境间进行数据转换。(5) 用户对工艺参数

50、、加工策略的充分控制。Cimatron E数控5轴加工包使编程者能够控制和重复利用各种加工参数、策略和方式，包括刀具路径、刀轴方向、进退刀方式、安全距离、连接方式、过程间的连接运动、根据机床结构编程等；为了节约编程时间，当加工叶片、接插件、叶轮等类型的零件时，可以使用专门的类似于加工工艺模板的编程向导进行编程。第7章计算机辅助数控加工编程(6) 有效的碰撞干涉检查。Cimatron E数控5轴加工包提供了强大、完善的碰撞干涉检查功能，可以实现刀具本身、刀柄和多台阶的夹头与零件、毛坯、夹具以及机床工作台的干涉碰撞检查，生成安全、顺滑的刀具路径。其特点是用户可以根据毛坯和夹具来定义安全极限，去除有

51、问题的刀路轨迹，控制刀具沿刀轴或任意方向退刀，平滑和连续地刀轴方向变化等，从而有效地避免干涉和碰撞。第7章计算机辅助数控加工编程(7) 高级仿真模拟功能。可以实际模拟机床的加工过程，可视化地模拟实际机床环境，这些对于生成有效的刀路并安全地在机床上试切是至关重要的。Cimatron E数控5轴加工包提供的高级模拟功能能够做到材料去除仿真、残留毛坯仿真、机床运动仿真及碰撞检查等。第7章计算机辅助数控加工编程5) 微铣削 微型系统技术已经成为全球增长最快的工业之一，然而，制造商不得不面对以下巨大的挑战：零件变形，复杂程度增加，必须以极高的精度加工微小特征，以及使用微米级的特殊刀具(如直径为 0.1

52、mm以获得要求的高精度曲面)等。Cimatron E的解决方案满足并超越了微型刀具加工的要求：提供了独特的算法以及特殊的加工策略，这些都是传统的 NC软件所不能实现的。该解决方案典型的特征包括高精度，小公差加工，高效处理导入的低质量曲面模型，直接曲面加工以及3轴、5轴刀具路径等。第7章计算机辅助数控加工编程3. PowerMILL功能介绍PowerMILL是世界上著名的功能最强大、加工策略最丰富的数控加工编程软件系统之一。它能帮助用户产生最佳的加工方案，从而提高加工效率，减少手工修整，快速产生粗、精加工路径，并且任何方案的修改和重新计算几乎在瞬间完成，缩短85%的刀具路径计算时间，对2.5轴的

53、数控加工(包括刀柄、刀夹)进行完整的干涉检查与排除；具有集成的加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间。 第7章计算机辅助数控加工编程PowerMILL具备完整的加工方案，对预备加工模型不需人为干预，对操作者无经验要求，编程人员能轻松完成工作而更专注于其他重要事情。PowerMILL可以接受不同软件系统所产生的三维CAD模型。PowerMILL是独立运行的、智能化程度最高的三维复杂形体加工CAM系统，CAM系统与CAD分离，在网络下实现一体化集成，更能适应工程化的要求，代表着CAM技术最新的发展方向，与当今大多数的曲面CAM系统相比有着无可比拟的优越性。第7章计算

54、机辅助数控加工编程(1) 实际生产过程中设计与制造的地点不同，侧重点亦不相同。当今大多数曲面CAM系统在功能上及结构上属于混合型CAD/CAM系统，无法满足设计与制造相分离的结构要求。PowerMILL实现了CAD系统分离，并在网络下实现系统集成，更符合生产过程的自然要求。第7章计算机辅助数控加工编程(2) PowerMILL系统操作过程完全符合数控加工的工程概念。实体模型全自动处理，实现了粗、精、清根加工编程的自动化，编程操作的难易程度与零件的复杂程度无关。CAM操作人员只要具备加工工艺知识，只需23天的专业技术培训，即可对非常复杂的模具进行数控编程。(3) PowerMILL的Batchm

55、ill功能实现了根据工艺文件全自动编程，为今后CAD/CAPP/CAM一体化集成打下了基础。第7章计算机辅助数控加工编程4. Pro/ENGINEER软件加工模块功能简介1) 综合加工Pro/ENGINEER加工提供了为CNC机床创建所有类型的程序(从简单到非常复杂)的完整解决方案，它包含 Pro/ENGINEER生产加工的功能(扩展到多轴加工)，同时包含完整的NC编程功能和刀具库。(1) 功能及益处。2.5 轴到5轴铣削、多轴车削和铣/车削(活动刀具)以及 4 轴线切割，通过使用经过验证的制造模板，简化了存储和重用过程，可直接在3D设计上产生刀具路径，改进了产品质量和制造一致性，作为集成的C

56、AD/CAM解决方案的一部分，不需要数据转换或依据设计变更来更新关联的刀具路径，从而加快产品上市速度。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 最新增强功能。自动进行刀具和夹具多轴冲突检查以确保绝对安全，支持带有活动刀具车床的多重转塔(C 轴、Y 轴和 B 轴)，自动去除材料以确保优化的刀具路径计算，与整体刀具、夹具、工件和参照模型集成在一起的NC仿真功能等。第7章计算机辅助数控加工编程2) 计算机辅助校验 (1) 质量检查。确保制造过程按照正确的方式进行是必要的，但可能费用巨大。Pro/ENGINEER计算机辅助校验功能提供了简单而经济的方法，它能以数字化方式检查所加工的零件和装配件，并支持坐标测

57、量机和激光扫描仪，这种数字化质量检查节省了时间、工作量和资金。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 功能及益处。实现在一个包含零件、探头、夹具和机床在内的完整环境中进行仿真，为坐标测量机生成工业标准的DMIS程序，测定所加工的零件和装配件的质量，从而实现首件检验。由于采用数字化方式进行检查，因而减少了对重新设计的需求，通过在制造之前解决问题，节省了产品和开发成本。第7章计算机辅助数控加工编程3) 钣金加工 (1) 冲压和折弯金属。低效的钣金制造过程必然会产生大量的废料以及手动进行的重复作业，消除这些问题是 Pro/ENGINEER钣金NC加工的专长：通过使用标准和成形刀具来自动创建和优化刀具路径

58、，提高生产效率；通过智能自动排样功能，可以最大程度地利用钣金材料的面积，减少废料，降低材料成本并缩短制造周期。第7章计算机辅助数控加工编程(2) 功能及益处。适用于转塔式冲压机、激光仿形切削机/火焰仿形切割机、冲裁和剪切的NC编程功能。自动选择冲压、成形和冲裁刀具(标准和定制形式)，与所有CNC机床无缝集成的完整的后处理器生成功能，可以加工导入的2D/3D模型以及本机Pro/ENGINEER钣金件设计，通过智能排样减少了废料，节省了产品成本。(3) 最新增强功能。支持混合机床(激光/冲压)，真实形状自动排样等。第7章计算机辅助数控加工编程7.4 Pro/E软件加工实例1. 建立一个新的加工文件

59、1) 建立新目录进入Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统，单击【文件】【工作目录】，选择子目录machine，单击【确定】按钮，将练习文件MOLD_VOL_1.prt复制到该子目录下。第7章计算机辅助数控加工编程2) 建立新的加工文件单击【文件】【新建】，弹出新文件对话框，在【类型】栏中选择【制造】，在【子类型】中选择【NC组件】，输入文件名称“ex-1”，取消【使用缺省模板】，如图7-12所示，单击【确定】按钮，进入加工模型。3) 设置模型单位制 在图7-13中选择mm单位制，单击【确定】按钮，建立加工文件。第7章计算机辅助数控加工编程图7-12 新建文件 第7章计算机辅助

60、数控加工编程图7-13 选择单位制 第7章计算机辅助数控加工编程2. 建立加工模型1) 加入参考模型(1) 在菜单管理器中依次单击【制造模型】【装配】【参照模型】。(2) 进入打开对话框，选择MOLD_VOL_1.prt，选择三个面对齐或匹配的方式进行约束，注意Z 轴的方向，单击 按钮，将参考零件装配到加工模型。第7章计算机辅助数控加工编程2) 加入工件模型(1) 在制造模型菜单管理器中单击【创建】【工件】。(2) 系统首先提示输入要产生的工件模型的名字，在状态栏提示框中输入名字ex-1workpiece，单击按钮。(3) 在右侧出现的特征菜单中单击【实体】【加材料】【拉伸】【实体】【完成】。